JP2010242686A

JP2010242686A - エンジン

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Publication number: JP2010242686A
Application number: JP2009094346A
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Inventors: Fukuyoshi Kikukawa; 福芳菊川
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Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2010-10-28
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Abstract

【課題】複雑で高価なクランクシャフトを用いることなく、ピストンの往復動を効率的に回転運動に変換することのできる新規なエンジンを提供する。
【解決手段】シリンダ１０と、このシリンダ１０内を往復動するピストン１１と、ピン１２を介して上記ピストン１１に一端部が揺動自在に連結された連結手段と、この連結手段の他端部に接続されて出力軸１に回転動を与える変換手段とを有するエンジンであって、従来のクランク手段に代わる往復−回転変換機構として、出力軸１に固定された小径の外歯歯車（２）と、その周囲で偏心運動する大径の内歯歯車（３）を組み合わせ、この内歯歯車（３）が安定して偏心運動できるギヤ構造（４，５）を付与することにより、クランクシャフトの回転変換機能を代替させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、従来の往復式内燃機関におけるクランクシャフトを廃し、ピストンの往復運動をギヤを用いて回転運動に変換するレシプロ式エンジンに関するものである。

従来、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の往復式内燃機関（レシプロエンジン）においては、シリンダ内を摺動するピストンの往復運動を、コネクティングロッド（コンロッド）を介してクランクシャフトの回転運動に変換し、燃料の爆発によるエネルギーを回転力として取り出している。

このクランクシャフトを用いたピストンの往復動の回転運動への変換（クランク手段）は、クランクシャフトが重く高価なだけでなく、滑らかな回転を得るためのバランスウェイトやバランスウェブ等を設ける必要があり、エンジンスペースや変換効率の点からも、これに代わる変換機構が種々検討されている。

例えば、エンジン出力軸の周りに配置したカムの周囲に、このカムのカム面に沿って上下動するピストンを配設したカム式エンジン（特許文献１，２）や、出力軸の周りに配置されて偏心運動する回転盤により、この回転盤の周囲に星形に配設されたピストンを往復動させるエンジン（特許文献３）が提案されている。

また、偏心カム溝を有するビスカス円盤をエンジン出力軸と同心状に固定し、コネクティングロッドの大端部をこの偏心カム溝に係合したエンジン（特許文献４）や、コネクティングロッドの端部を、十字軸受や球面軸受に繋がる揺動部材で支持したエンジン（特許文献５，６）等も検討されている。

さらに、ピストンの往復動を歯車機構（ギヤ）を用いて回転動に変換する構造（変換手段）として、例えば、リング状の内歯歯車の内周を噛合しながら転動する小歯車に、ピストンに繋がるコネクティングロッドの大端部を軸支したエンジン（特許文献７，８）や、エンジン出力軸の周りに配置された小歯車と、この小歯車の周りを噛合しながら偏心するリング状の内歯歯車（大歯車）により、円盤状の受転体の周りに配設された円環状の円枢体に偏心して軸支されたピストンを往復動させるエンジン（特許文献９）が提案されている。

そして、他にも、エンジンの出力軸に嵌合された一方のギヤと、距離を開けて配置された他方のギヤの間に掛け渡されたチェーンに、コネクティングロッドの大端部を支持させたエンジン（特許文献１０）や、平歯車に噛合して互いに逆回転する２つの間欠歯車により、ピストンの往復動を出力軸の回転動に変換するエンジン（特許文献１１）、あるいは、エンジン出力軸に固着された大歯車（間欠歯）の回転により、この出力軸周りの接線方向に配置されたシリンダ内のピストンを往復動させるエンジン（特許文献１２）等が提案されている。

なお、その他にも、クランクシャフトおよびピストンを用いない内燃機関として、繭型のロータハウジングと三角形のロータからなるロータリエンジンが実用化されているのは、良く知られている。

特開平８−４５５３号公報特開２００８−２５４９１号公報特開２０００−３０３８５２号公報特開平３−１８５２２１号公報特開平３−１４９３１９号公報特開平４−２５５５０１号公報実開昭６０−１１８３４４号公報実開平４−１１９３３３号公報特開平６−３０７２５６号公報特開昭６３−９７８３１号公報特開平１０−１０３４４１号公報特開２００１−２２７３５５号公報

しかしながら、上記レシプロエンジンにおける、クランクシャフトを使用せずピストンの往復動を回転運動に変換する従来の試み（変換手段）は、種々の問題から、ロータリエンジンを除いて実用化の域に達しておらず、普及していないのが現状である。また、現在の自動車市場においては、より軽量かつコンパクトで、省燃費のエンジンが求められている。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複雑で高価なクランクシャフトを用いることなく、ピストンの往復動を効率的に回転運動に変換することのできる新規なエンジンの提供をその目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、ピンを介して上記ピストンに一端部が揺動自在に連結された連結手段と、この連結手段の他端部に接続されて出力軸に回転動を与える変換手段とを有するエンジンであって、上記変換手段として、上記出力軸に嵌合固定されたピニオンギヤと、このピニオンギヤに噛合してその周りを偏心しながら周回する内歯リングギヤと、この内歯リングギヤの内側に配置され、上記ピニオンギヤに噛合しつつ該ピニオンギヤの周りを公転する第１プラネタリギアと、この第１プラネタリギアと上記内歯リングギヤとの間に配置され、これら第１プラネタリギアと内歯リングギヤに噛合しつつ上記ピニオンギヤを中心とする軌道上を公転する第２プラネタリギアと、一端側が上記出力軸に回転自在に嵌合され、他端側が上記各プラネタリギアを所定の間隔で軸支する支持部材とを備え、上記内歯リングギヤの外周面あるいは端面に設けられた接続部に、上記連結手段の他端部が接続されているエンジンを第１の要旨とする。

また、同じ目的を達成するために、本発明は、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、ピンを介して上記ピストンに一端部が揺動自在に連結された連結手段と、この連結手段の他端部に接続されて出力軸に回転動を与える変換手段とを有するエンジンであって、上記変換手段として、上記出力軸に嵌合固定されたピニオンギヤと、上記出力軸の軸方向に幅広のリング状で、かつ、その内周面に上記ピニオンギヤに噛合する内歯が形成され、その外周面における軸方向両端部の領域に外歯がそれぞれ形成され、この外周面における軸方向中央部の領域に上記連結手段との接続部が形成されて、上記ピニオンギヤに噛合して該ピニオンギヤの周りを偏心しながら周回する内外歯リングギヤと、この内外歯リングギヤの各外歯に噛合しつつ該内外歯リングギヤの周りを公転する２つのガイドギヤと、一端側が上記出力軸に回転自在に嵌合され、他端側が上記各ガイドギヤを内外歯リングギヤの外歯に噛合した状態でそれぞれ軸支する支持部材とを備え、上記内外歯リングギヤの外周面に設けられた接続部に、上記連結手段の他端部が接続されているエンジンを第２の要旨とする。

すなわち、本発明者は、前記課題を解決するために鋭意研究を重ね、その結果、クランク手段に代わる往復−回転変換機構として、出力軸に固定された小径の外歯歯車と、その周囲で偏心運動する大径の内歯歯車を組み合わせ、この内歯歯車の偏心運動を安定して支持できるギヤ構造を付与することにより、クランクシャフトの回転変換機能を代替できることを見出し、本発明に到達した。

本発明は、以上のような知見にもとづきなされたものであり、本発明のエンジンは、ピストンの往復動に起因する連結手段の上下動が、リングギヤの偏心運動に変換され、このリングギヤの偏心運動が、出力軸に固定されたピニオンギヤに伝達されることにより、燃料の爆発によるエネルギーを回転力として効率良く取り出すことができる。また、重く高価なクランクシャフトを用いないため、エンジンの軽量化およびコストダウンを達成することができる。

また、本発明において、そのなかでも、上記連結手段が、上記リングギヤの接続部を延設して該リングギヤと一体に形成され、その接続部の先端部に、上記ピストンが連結されているものは、エンジンの部品点数を減らすことができ、好適である。しかも、上記連結手段がリングギヤと一体になっているエンジンは、従来のクランクシャフトとコネクティングロッドの接続点（クランクピン）のように、ピストンの往復動による力を一点で受けることなく、応力を分散することができるという利点を有する。

そして、本発明において、そのなかでも、特に、上記リングギヤから延設された接続部のリングギヤ側基部が、このリングギヤの外周面の一部を円周方向に覆う弧状に形成されているものは、上記ピストンの往復動による応力を、広範囲にわたるリングギヤの外周面で分散して支持することができ、好ましい。

本発明の第１実施形態におけるエンジンの構造を模式的に示す斜視図である。本発明の第１実施形態におけるエンジンの動きを説明する概略構成図であり、ピストンが最も上にあがった状態を示す。本発明の第１実施形態におけるエンジンの動きを説明する概略構成図であり、ピストンが下降途中の状態を示す。本発明の第１実施形態におけるエンジンの動きを説明する概略構成図であり、ピストンが最も下にさがった状態を示す。本発明の第１実施形態におけるエンジンの動きを説明する概略構成図であり、ピストンが上昇途中の状態を示す。本発明の第１実施形態におけるエンジンの概略構成を示す出力軸方向の断面図である。本発明の第１実施形態のエンジンにおけるピストンの往復動と、連結手段およびリングギヤの偏心運動との関係を模式的に表す図である。本発明の第２実施形態におけるエンジンの動きを説明する概略構成図であり、ピストンが最も上にあがった状態を示す。本発明の第２実施形態におけるエンジンの動きを説明する概略構成図であり、ピストンが下降途中の状態を示す。本発明の第２実施形態におけるエンジンの動きを説明する概略構成図であり、ピストンが最も下にさがった状態を示す。本発明の第２実施形態におけるエンジンの動きを説明する概略構成図であり、ピストンが上昇途中の状態を示す。本発明の第２実施形態におけるエンジンの概略構成を示す出力軸方向の断面図である。本発明の第１実施形態のエンジンにおけるピストンの往復動と、連結手段およびリングギヤの偏心運動との関係を模式的に表す図である。

つぎに、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本発明の第１実施形態におけるエンジンの概略構成を示す斜視図である。また、図２〜図５は、本発明の第１実施形態におけるエンジンの構成を示す出力軸に直交する方向の断面図であり、図６は、図１および図２のエンジンの出力軸方向の断面図である。なお、これらの図では、エンジンの運転に必要な燃料噴射装置や吸排気弁の駆動装置等の給排気手段、空燃費制御や点火制御等を行なう制御手段、および、潤滑手段や冷却手段等の図示を省略している。

本実施形態におけるエンジンは、車両等に搭載されるレシプロエンジンであり、シリンダ１０内に往復運動可能に配置されたピストン１１が２往復（４ストローク）する間に、吸気工程−圧縮工程−（点火）−膨張工程−排気工程からなる一連の工程を行なう、いわゆる４サイクルエンジンである。

そして、このエンジンは、図２から図３，図４，図５の状態にかけて順次回転し、その回転がまた図２の状態から継続して繰り返される。したがって、図２はシリンダ１０内のピストン１１が最も上昇した状態（上死点）を表し、図４はシリンダ１０内のピストン１１が最も下降した状態（下死点）を表す。なお、図中の太線矢印は連結手段としての「内歯リングギヤ３の接続部３ｂ」が動く方向を示し、白抜き矢印は各ギヤの動く方向を示す。また、図中の符号Ｒは、上記連結手段のリングギヤ３側基部の中央を示すものであるとともに、このリングギヤ３の偏心運動によるリングの変位量を代表する最大変位点である（以下同じ）。

このエンジンのシリンダ１０内には、円筒形状のシリンダボアが形成されており、その上部が燃焼室１３となっている。この燃焼室１３の上側（シリンダヘッド部）には、シリンダ１０内の燃料−空気混合気体（混合気）に着火する点火プラグ１４と、このシリンダ１０内に混合気を供給する吸気ポート（吸気弁１５）と、燃焼後の混合気を排気する排気ポート（排気弁１６）が設けられている。そして、図中の符号１は出力軸、１２はピストンピン、１７は従来のクランクケースに相当するギヤケースである。

本実施形態におけるエンジンの特徴は、ピストン１１の往復動を回転運動に変換する変換手段として、従来のようなクランクシャフト（クランク手段）を用いていない点である。本実施形態のエンジンは、この往復動−回転動変換手段として、出力軸１に嵌合された小径のピニオンギヤ２と、このピニオンギヤ２に噛合しながらその周りを周回する大径の内歯リングギヤ３と、この内歯リングギヤ３の上記ピニオンギヤ２周りの偏心運動を支持する第１プラネタリギア４および第２プラネタリギア５と、これら各プラネタリギア４，５を軸支する支持板６（支持部材）とからなる変換機構が形成されている。

ピニオンギヤ２は、外周面に所定形状の外歯が形成された外歯歯車であり、その内周の貫通穴は、上記出力軸１の外径と略同じ径に形成されている。そして、出力軸１の外周に嵌合された後、図示しないキー等により、この出力軸１に対して回転不能に固定されている。

内歯リングギヤ３は、図１のように、リング状の環状部３ａと、この環状部３ａの外周面から突出するように延設された三角板状（Δ形）の接続部３ｂ（連結手段）から構成されている。この環状部３ａの内周面には、上記ピニオンギヤ２の外歯と噛合する形状の内歯が形成されており、このピニオンギヤ２周りの偏心運動を可能にしている。

また、上記接続部３ｂは、ピストン１１のピストンピン１２にまで到達する形状に形成されており、その先端部３ｃに設けられた貫通孔に上記ピストンピン１２を挿通させることによって、ピストン１１の往復動（上下動）を支承している。なお、これら環状部３ａと接続部３ｂとは、鋳造等により一体に形成されているため、この接続部３ｂの環状部３ａ側基部３ｄは、上記環状部３ａの外周面の一部を覆う弧状となっている（図１および図２を参照）。

第１プラネタリギア４と第２プラネタリギア５とは、外周面に所定形状の外歯が形成された外歯歯車であり、その内周の貫通穴に、後述する支持板６に固定された棒状部材（ピン：符号６ａ，６ｂ図６参照）を挿通することによって、この支持板６に回転自在に軸支されている。なお、これらプラネタリギア４，５は、第１プラネタリギア４が上記ピニオンギヤ２と第２プラネタリギア５に噛合するように、第２プラネタリギア５が上記内歯リングギヤ３と第１プラネタリギアに噛合するように組み付けられており、上記ピニオンギヤ２の回転および上記内歯リングギヤ３のピニオンギヤ２周りの偏心運動に、同期（同調）して回転するように構成されている。

上記第１プラネタリギア４および第２プラネタリギア５を軸支する支持板６は、金属板等からなる略長方形状であり、その長手方向の一端側（固定側）には、上記出力軸１の外径より若干大きな径の穴が形成され、その他端側（回転側）には、先に述べた第１，第２プラネタリギア４，５を軸支する各ピン６ａ，６ｂを所定の間隔で固定するための小穴が二つ設けられている。そして、上記一端側の穴が上記出力軸１に挿通され、この出力軸１に対して回転自在に嵌合されることにより、上記第１プラネタリギア４および第２プラネタリギア５のピニオンギヤ２（出力軸１）周りの公転と、これら各プラネタリギア４，５の上記内歯リングギヤ３の偏心運動に同期した回転とを、同時に可能にしている。

つぎに、上記構成のエンジンの動作について説明する。
このエンジンでは、ピストン１１がシリンダ１０内を下降することで、吸気ポート（吸気弁１５）等を介して燃焼室１３内に混合気が吸入される（吸気行程：図２→図３→図４）。そして、このピストン１１が吸気行程下死点（図４）を経て、シリンダ１０内を上昇することで混合気が圧縮される（圧縮行程：図４→図５→図２）。

ピストン１１が圧縮行程上死点（図２）付近に近づくと、点火プラグ１４により混合気に点火され、この混合気が燃焼して、その燃焼圧力によりピストン１１を下降させる（膨張行程：再び図２→図３→図４）。燃焼後の混合気は、ピストン１１が膨張行程下死点（図４）を経て、吸気行程上死点（図２）に向かって再び上昇することで、排気ポート（排気弁１６）等を介して排気ガスとして大気中へ放出される（排気行程：再び図４→図５→図２）。

この時、上記ピストン１１のシリンダ１０内での往復運動は、内歯リングギヤ３の接続部３ｂを介して環状部３ａに伝達され、該内歯リングギヤ３のピニオンギヤ２周りの偏心運動（周回）に変換される。また、この内歯リングギヤ３の偏心に起因するピニオンギヤ２の回転は、その内周に位置する出力軸１に伝達され、エンジンの出力として取り出すことができる。

また、ピストン１１は、上記内歯リングギヤ３を含むギヤ機構（往復動−回転動変換手段）が慣性力によりさらに回転することで、この内歯リングギヤ３の回転に伴ってシリンダ１０内を往復し続ける。そして、内歯リングギヤ３がピニオンギヤ２の周りを２周することでピストン１１が２往復（４ストローク）し、この間に吸気行程，圧縮行程，膨張行程，排気行程からなる一連の４行程（４サイクル）が行なわれ、燃焼室１３内で１回の点火爆発が行われる。

図７は、上述のような、本実施形態におけるピストン１１の往復動と内歯リングギヤ３の偏心運動、および、内歯リングギヤ３の接続部３ｂ（連結手段）の動きの関係を模式的に表した図である。

この図において、点Ｐ₀〜Ｐ₃は、ピストン１１のピストンピン１２の中心および連結手段（内歯リングギヤ３の接続部３ｂ）の先端部３ｃを示す点であり、このピストン１１の動き（上下動の軌跡）を表す。また、点Ｒ₀〜Ｒ₃は、上記連結手段（内歯リングギヤ３の接続部３ｂ）の基部の中央および内歯リングギヤ３の最大変位点を示す点であり、この内歯リングギヤ３の偏心運動の軌跡を表す。また、点Ｏは、出力軸１およびピニオンギヤ２の回転中心を示す点であり、点Ａ₀〜Ａ₃および点Ｂ₀〜Ｂ₃はそれぞれ、第１プラネタリギア４および第２プラネタリギア５の自転中心を示す点であり、これらプラネタリギア４，５のピニオンギヤ２周りの公転軌道を表すものである。なお、Ｐ₀，Ｐ₁，Ｐ₂，Ｐ₃のような、各点符号の下付き添字０，１，２，３はそれぞれ、上記図２（上死点），図３，図４（下死点），図５の状態に相当する（以下も同様）。

この図から分かるように、連結手段として、上記リングギヤ接続部３ｂの先端部３ｃがピストン１１のピストンピン１２部位に連結されていることから、例えば、図２（上死点：Ｒ₀）の状態で、燃焼室１３内での混合気の燃焼による燃焼圧力をピストン１１および接続部３ｂを介して受けた内歯リングギヤ３は、回転せずに図示右方への変位（偏心：Ｒ₀→Ｒ₁→Ｒ₂）を始め、その変位にしたがってピニオンギヤ２および出力軸１に回転を与える。

また、図４（下死点：Ｒ₃）の状態を経過した後は、同様に、上記リングギヤ接続部３ｂの先端部３ｃがピストン１１のピストンピン１２部位に連結されていることから、この内歯リングギヤ３は、該内歯リングギヤ３の偏心運動の慣性および各ギヤ２，４，５の回転の慣性力により、回転せずに図示左方への変位（偏心：Ｒ₂→Ｒ₃→Ｒ₀）を始め、その変位にしたがって、上記リングギヤ接続部３ｂの先端部３ｃに連結されたピストン１１を押し上げる。

このようにして、本実施形態におけるエンジンは、内歯リングギヤ３がピニオンギヤ２の周りを２周する間に、上記ピストン１１が２往復（４ストローク）し、この間に吸気行程，圧縮行程，膨張行程，排気行程からなる一連の４行程（４サイクル）が行なわれる。なお、このエンジンは、上記内歯リングギヤ３の偏心運動によりピストン１１の往復動をピニオンギヤ２の回転に変換していることから、従来のクランクシャフトを用いた変換手段（クランク手段）とその回転（偏心）半径が同じ場合、このクランク手段に比べ上記ピストン１１のストローク（往復行程長）が半分になるという特徴を有する。

上記の構成により、本実施形態におけるエンジンは、複雑で高価なクランクシャフトを用いることなく、ピストン１１の往復動を効率的に回転運動に変換することができる。また、重いクランクシャフトを用いないため、エンジンの軽量化およびコストダウンを達成することができる。

さらに、このエンジンは、従来のエンジンにおけるコネクティングロッド（コンロッド）が、内歯リングギヤ３の外周に三角板状（Δ形）の接続部３ｂとして一体に形成されているため、エンジンの部品点数を減らすことができるとともに、ピストン１１の往復動に起因する力を、一点で受けることなく、応力を分散して支持することが可能になる。したがって、本実施形態におけるエンジンは、コストダウンとともに、その寿命を向上させることができる。

なお、本実施形態のエンジンにおける上記内歯リングギヤ３を含むギヤ機構（往復動−回転動変換手段）は、多気筒エンジン、特に直列形の多気筒エンジンの場合、クランクアームとクランクアームの間に必ずクランクピン部位を設けなければならない従来のクランクシャフトに比べ、出力軸（シャフト，ジャーナル）の軸方向長さを短く設計することができるという利点を有する。したがって、本実施形態におけるエンジンは、従来のエンジンに比べ、その出力軸方向長さを短縮し、コンパクトに構成することが可能である。

つぎに、本発明の第２実施形態について説明する。
図８〜図１１は、本発明の第２実施形態におけるエンジンの構成を示す出力軸に直交する方向の断面図であり、図１２は、図８のエンジンの出力軸方向の断面図である。なお、これらの図でも、第１実施形態同様、エンジンの運転に必要な燃料噴射装置や吸排気弁の駆動装置等の給排気手段、空燃費制御や点火制御等を行なう制御手段、および、潤滑手段や冷却手段等の図示を省略している。また、第１実施形態と同様の機能を有する構成部材には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態におけるエンジンも、車両等に搭載されるレシプロエンジンであり、シリンダ１０内に往復運動可能に配置されたピストン１１が２往復（４ストローク）する間に、吸気工程−圧縮工程−（点火）−膨張工程−排気工程からなる一連の工程を行なう、いわゆる４サイクルエンジンである。また、ピストン１１の往復動を回転運動に変換する変換手段として、従来のようなクランクシャフト（クランク手段）を用いていない点も同様である。

本実施形態におけるエンジンには、第１実施形態におけるエンジンとは異なる、往復動−回転動変換手段が搭載されている。本実施形態のエンジンは、この変換手段として、出力軸１に嵌合された小径のピニオンギヤ２と、このピニオンギヤ２に噛合しながらその周りを周回する大径の内外歯リングギヤ７と、この内外歯リングギヤ７の上記ピニオンギヤ２周りの偏心運動を案内するガイドギア８，８と、これら各ガイドギヤ８，８を軸支する支持板９（支持部材）とからなる変換機構が形成されている。

内外歯リングギヤ７は、リング状の環状部７ａと、この環状部７ａの外周面から突出するように延設された三角板状（Δ形）の接続部７ｂ（連結手段）から構成されており、その環状部７ａの内周面には、第１実施形態における内歯リングギヤ３と同様、上記ピニオンギヤ２の外歯と噛合する形状の内歯が形成されており、このピニオンギヤ２周りの偏心運動を可能にしている（接続部７ｂの形状は、図１における接続部３ｂを参照）。

また、上記環状部７ａの外周面における軸方向両側の端部７ｅ，７ｅには、図１２のように、各ガイドギヤ８，８と噛合する外歯がそれぞれ形成されているとともに、この外周面の軸方向中央部７ｆには、ピストン１１のピストンピン１２にまで到達する接続部７ｂが形成されており、その先端部７ｃに設けられた貫通孔に上記ピストンピン１２を挿通させることによって、ピストン１１の往復動（上下動）を支承している。なお、これら環状部７ａと接続部７ｂとは、第１実施形態同様、鋳造等により一体に形成されているため、この接続部７ｂの環状部７ａ側基部７ｄは、上記環状部７ａの外周面の一部を覆う弧状となっている。

上記ガイドギア８は、外周面に所定形状の外歯が形成された外歯歯車であり、その内周の貫通穴に、後述する支持板９に固定された棒状部材（ピン：符号９ａ図１２参照）を挿通することによって、これら各支持板９，９に回転自在に軸支されている。なお、これらガイドギヤ８，８は、上記内外歯リングギヤ７に噛合したままピニオンギヤ２の周りを公転するため、上記内外歯リングギヤ７の偏心にしたがって、図８→図９→図１０→図１１のようにその位置を変える。そのため、これらガイドギヤ８，８は、上記内外歯リングギヤ７の偏心運動を案内するとともに、この偏心運動（回転）のバランスをとるバランサの役割も奏する。

上記ガイドギヤ８を軸支する支持板９は、金属板等からなる略長方形状であり、その長手方向の一端側（固定側）には、上記出力軸１の外径より若干大きな径の穴が形成され、その他端側（回転側）には、先に述べたガイドギヤ８を軸支するピン９ａを固定するための小穴が設けられている。そして、上記一端側の穴が上記出力軸１に挿通され、この出力軸１に対して回転自在に嵌合されることにより、上記内外歯リングギヤ７の偏心運動に同期した、上記ガイドギヤ８のピニオンギヤ２周りの公転を可能にしている。

上記構成のエンジンにおいても、内外歯リングギヤ７がピニオンギヤ２の周りを２周することでピストン１１が２往復（４ストローク）し、この間に吸気行程，圧縮行程，膨張行程，排気行程からなる一連の４行程（４サイクル）が行なわれ、燃焼室１３内で１回の点火爆発が行われる。

この時、上記ピストン１１のシリンダ１０内での往復運動は、内外歯リングギヤ７の接続部７ｂを介して環状部７ａに伝達され、該内外歯リングギヤ７のピニオンギヤ２周りの偏心運動（周回）に変換される。そして、この内外歯リングギヤ７の偏心に起因するピニオンギヤ２の回転は、その内周に位置する出力軸１に伝達され、エンジンの出力として取り出すことができるとともに、上記ピストン１１は、内外歯リングギヤ７を含むギヤ機構（往復動−回転動変換手段）が慣性力によりさらに回転することで、この内外歯リングギヤ７の回転に伴ってシリンダ１０内を往復し続け、その運転を継続することができる。

図１３は、上述のような、本実施形態におけるピストン１１の往復動と内外歯リングギヤ７の偏心運動、および、内外歯リングギヤ７の接続部７ｂ（連結手段）の動きの関係を模式的に表した図である。

前記第１実施形態における図６と同様、この図において、点Ｐ₀〜Ｐ₃は、ピストンピン１２の中心および連結手段（接続部７ｂ）の先端部７ｃを示す点であり、このピストン１１の動き（上下動の軌跡）を表す。また、点Ｒ₀〜Ｒ₃は、上記連結手段（接続部７ｂ）の基部の中央および内外歯リングギヤ７の最大変位点を示す点であり、この内外歯リングギヤ７の偏心運動の軌跡を表す。また、点Ｏは、出力軸１およびピニオンギヤ２の回転中心を示す点であり、点Ｃ₀〜Ｃ₃はガイドギヤ８の自転中心を示す点であり、このガイドギヤ８のピニオンギヤ２周りの公転軌道を表すものである。なお、各点符号の下付き添字０，１，２，３はそれぞれ、上記図８（上死点），図９，図１０（下死点），図１１の状態に相当する（以下も同様）。

この図においても、連結手段として、上記リングギヤ接続部７ｂの先端部７ｃがピストン１１のピストンピン１２部位に連結されていることから、例えば、図８（上死点：Ｒ₀）の状態で、燃焼室１３内での混合気の燃焼による燃焼圧力をピストン１１および接続部７ｂを介して受けた内外歯リングギヤ７は、回転せずに図示右方への変位（偏心：Ｒ₀→Ｒ₁→Ｒ₂）を始め、その変位にしたがってピニオンギヤ２および出力軸１に回転を与える。

また、図１０（下死点：Ｒ₃）の状態を経過した後は、同様に、上記リングギヤ接続部７ｂの先端部７ｃがピストン１１のピストンピン１２部位に連結されていることから、この内外歯リングギヤ７は、該内外歯リングギヤ７の偏心運動の慣性および各ギヤ２，８の回転の慣性力により、回転せずに図示左方への変位（偏心：Ｒ₂→Ｒ₃→Ｒ₀）を始め、その変位にしたがって、上記リングギヤ接続部７ｂの先端部７ｃに連結されたピストン１１を押し上げる。

このようにして、本実施形態におけるエンジンも、内外歯リングギヤ７がピニオンギヤ２の周りを２周する間に、上記ピストン１１が２往復（４ストローク）し、この間に吸気行程，圧縮行程，膨張行程，排気行程からなる一連の４行程（４サイクル）が行なわれる。なお、このエンジンも、上記内外歯リングギヤ７の偏心運動によりピストン１１の往復動をピニオンギヤ２の回転に変換していることから、従来のクランクシャフトを用いた変換手段（クランク手段）とその回転（偏心）半径が同じ場合、このクランク手段に比べ上記ピストン１１のストローク（往復行程長）が半分になるという特徴を有する。

上記の構成によって、本実施形態におけるエンジンも、複雑で高価なクランクシャフトを用いることなく、ピストン１１の往復動を効率的に回転運動に変換することができる。また、重いクランクシャフトを用いないため、エンジンの軽量化およびコストダウンを達成することができる。

さらに、このエンジンは、従来のエンジンにおけるコネクティングロッド（コンロッド）が、内外歯リングギヤ７の外周に三角板状（Δ形）の接続部７ｂとして一体に形成されているため、エンジンの部品点数を減らすことができるとともに、ピストン１１の往復動に起因する力を、一点で受けることなく、応力を分散して支持することが可能になる。したがって、本実施形態におけるエンジンは、コストダウンとともに、その寿命を向上させることができる。

なお、上記二つの実施形態においては、ピストン１１と各リングギヤ３，７の間の連結手段として、これらリングギヤ３，７の外周面から延設された三角板状の接続部３ｂ，７ｃを用いたが、これら接続部３ｂ，７ｃに代えて、上記各リングギヤ３，７の外周面に、ピンを挿通することのできる穴を有する耳状凸部を設け、従来と同様の形状のコネクティングロッド（コンロッド）を用いて、この凸部の穴に挿通したピンと上記ピストンピン１２とで連結してもよい。

また、上記実施形態では、４サイクルのレシプロエンジンの一気筒のみに関して例示したが、本発明は、４サイクルエンジン，２サイクルエンジン，ディーゼルエンジン等、ピストンの往復動を回転出力に変換するどのような形式の多気筒エンジンにも適用することができる。

本発明のエンジンは、車両用や農業機械用等、軽量かつコンパクトで低燃費が求められる機器に搭載されるエンジンに適する。

１出力軸
２ピニオンギヤ
３内歯リングギヤ
４第１プラネタリギア
５第２プラネタリギア
６支持板
１０シリンダ
１１ピストン

Claims

シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、ピンを介して上記ピストンに一端部が揺動自在に連結された連結手段と、この連結手段の他端部に接続されて出力軸に回転動を与える変換手段とを有するエンジンであって、上記変換手段として、上記出力軸に嵌合固定されたピニオンギヤと、このピニオンギヤに噛合してその周りを偏心しながら周回する内歯リングギヤと、この内歯リングギヤの内側に配置され、上記ピニオンギヤに噛合しつつ該ピニオンギヤの周りを公転する第１プラネタリギアと、この第１プラネタリギアと上記内歯リングギヤとの間に配置され、これら第１プラネタリギアと内歯リングギヤに噛合しつつ上記ピニオンギヤを中心とする軌道上を公転する第２プラネタリギアと、一端側が上記出力軸に回転自在に嵌合され、他端側が上記各プラネタリギアを所定の間隔で軸支する支持部材とを備え、上記内歯リングギヤの外周面あるいは端面に設けられた接続部に、上記連結手段の他端部が接続されていることを特徴とするエンジン。
シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、ピンを介して上記ピストンに一端部が揺動自在に連結された連結手段と、この連結手段の他端部に接続されて出力軸に回転動を与える変換手段とを有するエンジンであって、上記変換手段として、上記出力軸に嵌合固定されたピニオンギヤと、上記出力軸の軸方向に幅広のリング状で、かつ、その内周面に上記ピニオンギヤに噛合する内歯が形成され、その外周面における軸方向両端部の領域に外歯がそれぞれ形成され、この外周面における軸方向中央部の領域に上記連結手段との接続部が形成されて、上記ピニオンギヤに噛合して該ピニオンギヤの周りを偏心しながら周回する内外歯リングギヤと、この内外歯リングギヤの各外歯に噛合しつつ該内外歯リングギヤの周りを公転する２つのガイドギヤと、一端側が上記出力軸に回転自在に嵌合され、他端側が上記各ガイドギヤを内外歯リングギヤの外歯に噛合した状態でそれぞれ軸支する支持部材とを備え、上記内外歯リングギヤの外周面に設けられた接続部に、上記連結手段の他端部が接続されていることを特徴とするエンジン。
上記連結手段が、上記リングギヤの接続部を延設して該リングギヤと一体に形成され、その接続部の先端部に、上記ピストンが連結されている請求項１または２記載のエンジン。
上記リングギヤから延設された接続部のリングギヤ側基部が、このリングギヤの外周面の一部を円周方向に覆う弧状に形成されている請求項３記載のエンジン。