JP2013019290A

JP2013019290A - 水平作動エンジン

Info

Publication number: JP2013019290A
Application number: JP2011152062A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Shinozaki; 光雄篠崎
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-01-31

Abstract

【課題】同一シリンダー内に水平方向に対向する一対のピストンを有し、圧縮行程末期に該ピストンを衝突させることにより、該衝撃力を、膨張行程への運動エネルギー増加に利用することで、低燃費・高出力・低公害な内燃機関の提供を図る。
【解決手段】密閉されたシリンダー１と、該シリンダー１内を水平方向に対向する一対のピストン２Ａ・２Ｂと、水平ピストン運動を回転運動に変換するために各ピストン２Ａ・２Ｂに備えられるクランクシャフト３Ａ・３Ｂと、から構成され、シリンダー１中央の内壁には、ピストンヘッド２ａ・２ｂの衝撃を緩和するための緩衝材４が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、同一シリンダー内に水平方向に対向する一対のピストンを有する水平作動エンジンに関するものである。

現在、自動車等の原動機は、ガソリンエンジンに代表される内燃機関であり、低燃費・低公害性の向上に注目が集まっている。
かかる内燃機関の構造としては、主としてレシプロエンジンであり、ほかにロータリエンジンなどが存在する。
レシプロエンジンは、燃料の燃焼による熱エネルギーを作動流体の圧力としてまず往復運動に変換し、次いで回転運動の力学的エネルギーとして取り出す原動機であるため、膨張行程末期の下死点相当位相における出力変換効率においては、必ずしも満足できるものではない。

そこで、例えば下記特許文献１や特許文献２において提案されているように、新たなエンジンの開発研究も試みられ、多数の提案がなされているところではあるが、従来のレシプロエンジンの基本的構成に変更がないものばかりであって、上述した問題点の解決には至っていない。

特開平８−１０９８１３号公報特開特開２００３−２０９９０号公報

本発明は、上記問題点に鑑み、同一シリンダー内に水平方向に対向する一対のピストンを有し、圧縮行程末期に該ピストンを衝突させることにより、該衝撃力を、膨張行程への運動エネルギー増加に利用することで、低燃費・高出力・低公害な内燃機関を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、密閉されたシリンダーと、該シリンダー内を水平方向に対向する一対のピストンと、水平ピストン運動を回転運動に変換するために各ピストンに備えられるクランクシャフトとからなり、シリンダー中央内壁に、ピストンヘッドの衝撃を緩和するための緩衝材が配置されている構造となっている。

また、本発明は、前記緩衝材が、ピストンに連動して摺動可能に配置されている構成とすることもできる。

さらに、本発明は、前記ピストンヘッドに、圧縮混合気を封入するための凹部が設けられている構成を採用することもできる。

本発明にかかる水平作動エンジンによれば、膨張行程におけるピストンスピードが速くなるため機械効率に優れ、高出力・低燃費で環境にも優しい内燃機関を提供可能となる。
また、シリンダー配置が水平であるため、エンジン高さを抑えることができ、また、クランクシャフト等の重量物がすべてエンジンの左右に分配されるので、自動車用エンジンとして、極めて高い左右バランスが得ることができ、これによって旋回性能の優れた自動車の提供に資することとなる。

本発明にかかる水平作動エンジンを示す部分断面図である。

本発明にかかる水平作動エンジンは、圧縮行程末期に対向するピストン同士を衝突させることにより、該衝撃力を、膨張行程への運動エネルギー増加に利用することを最大の特徴とするものである。以下、本発明にかかる水平作動エンジンの実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明にかかる水平作動エンジンの構造を示す断面図である。該水平作動エンジンは、密閉されたシリンダー１と、該シリンダー１内を水平方向に対向する一対のピストン２Ａ・２Ｂと、水平ピストン運動を回転運動に変換するために各ピストンに備えられるクランクシャフト３Ａ・３Ｂと、から構成されている。

シリンダー１は、略円筒形状に密閉されており、素材にはアルミ合金と鋳鉄製シリンダライナとの組合せ等の一般的な構造が考えられる。また、通常のＶ型及び水平対向型のレシプロエンジンでは、左右別個にシリンダーが配置されるが、本発明にかかる水平作動エンジンでは、同一シリンダー１内にピストン２Ａ・２Ｂが２個配置されることとなる。

該シリンダー１の中央内壁には、後述するピストン２Ａ・２Ｂが衝突する際にピストンヘッド２ａ・２ｂの衝撃を緩和すべく、緩衝材４が配置されている。
該緩衝材４の材質については、耐燃性及び耐磨耗性を有するものであれば特に限定はなく、シリンダー１と同材質であったり耐燃処理が施された動物皮等を貼着することも考え得るが、より衝撃に耐え得るよう鍛造品等の高強度のものであることが望ましい。
なお、該緩衝材４の配置構造について、シリンダー１内壁に予め固定的に配置する態様も考え得るが、図面に示すように、ピストン２Ａ・２Ｂに連動して摺動可能に配置する態様も考え得る。すなわち、シリンダー１内壁に嵌合用の凹溝５を備え、該凹溝５内を摺動可能に緩衝材４が嵌合される態様である。

また、該シリンダー１の中央部は、燃焼及びピストン２ａ・２ｂの衝撃により、それぞれ温度が上昇するため、水冷又は油冷等のためのウォータージャケットを有し、エンジン全体の冷却を図る構造となっている。

ピストン２Ａ・２Ｂは、圧縮された混合気の燃焼により、ガス膨張圧を受け止め、燃焼室内の体積を増やす方向に移動する点においては従来の内燃機関用ピストンと変わらないが、双方のピストン２Ａ・２Ｂがシリンダー１の中心部において衝突し、夫々左右両方向へ移動する構造となっている点で、通常の内燃機関用ピストンとは異なる。すなわち、ピストン２Ａ・２Ｂは、夫々後述するクランクシャフト３Ａ・３Ｂによってシリンダー1内を往復する。
該ピストン２Ａ・２Ｂの素材としては、従来と同様、アルミ合金等が考えられるが、衝突による衝撃に耐え得るよう、鍛造品等の高強度のものであることが望ましい。

なお、該ピストン２Ａ・２Ｂが衝突する衝突面、いわゆるピストンヘッド２ａ・２ｂには、圧縮混合気を封入するための凹部２ｃ・２ｄが設けられている態様が考え得る。すなわち、圧縮混合気の燃焼直前である圧縮行程末期において、対向するピストン２Ａ・２Ｂ同士が衝突することとなるが、その際に双方のピストンヘッド２ａ・２ｂ内に閉じ込められた圧縮混合気を封入しておくためのスペースとして、該凹部２ｃ・２ｄが機能する。

なお、ピストンヘッド２ａ・２ｂには、その外周縁部に衝撃緩和のための動物皮等を貼着する態様も考え得る。
また、シリンダー１とピストン２Ａ・２Ｂの潤滑を考慮して、ピストン２Ａ・２Ｂの周縁にオイルリングを設ける態様が望ましい。

クランクシャフト３Ａ・３Ｂは、ピストン２Ａ・２Ｂの往復直線運動をクランク機構により回転運動に変換するための軸であり、通常のクランク機構同様、クランクシャフト３Ａ・３Ｂの一端はピストン２Ａ・２Ｂと回動自在に軸支されるとともに、他端はクランクピンで回動自在に軸支され、該クランクピンを介してクランクアームやバランスウェイト等の各クランク構成要素と連結されている。
該クランクシャフト３Ａ・３Ｂの素材としては、一般的なクロムモリブデン（ＳＣＭ４３５等）や炭素鋼（Ｓ５５Ｃ等）などが考えられるが、衝突による衝撃に耐え得るよう、チタン合金等の高強度のものであることが望ましい。

次に、本発明にかかる水平作動エンジンの作動状態を説明する。
各ピストン２Ａ・２Ｂが夫々シリンダー１の端部方向すなわち下死点まで移動する際、燃料と空気との混合気が両ピストンヘッド２ａ・２ｂに挟まれたシリンダー１内に流入される（流入行程）。
次に、各ピストン２Ａ・２Ｂが夫々シリンダー１の中心方向すなわち上死点まで移動する際、該ピストン２Ａ・２Ｂによってシリンダー１内に流入した混合気が圧縮される（圧縮行程）。
そして、ピストン２Ａ・２Ｂが上死点まで移動すると、夫々相対する他方のピストンヘッド２ａ・２ｂと衝突し、大きな衝撃エネルギーが発生する（衝撃行程）。
かかる衝突とほぼ同時に、両ピストンヘッド２ａ・２ｂ間に挟まれ圧縮された混合気が点火プラグによって点火され、燃焼ガスが膨張してピストン２Ａ・２Ｂをシリンダー１の端部方向すなわち下死点まで夫々押し戻すことになる（膨張行程）。
以上の行程により、ピストン２Ａ・２Ｂの衝撃エネルギーと燃焼ガスの膨張エネルギーとが相乗エネルギーとして、クランクシャフト３Ａ・３Ｂに伝えられ、大きな動力源を発生する。

その後、ピストン２Ａ・２Ｂは、慣性力により再び上死点へと向かうが、このとき、燃焼ガスは、カムシャフト及びエキゾーストバルブを介して、エキゾーストマニホールドから排出される（排気行程）。

本発明は、燃焼ガスの膨張エネルギー及びピストン２Ａ・２Ｂの衝撃エネルギーが、クランクシャフト３Ａ・３Ｂを通じてクランクピンへと伝えられ、その後クランクアームを介してピストン２Ａ・２Ｂの往復直線運動が回転運動に変換されるものであって、かかる膨張エネルギーと衝撃エネルギーの相乗効果によって、より強力な動力源を得られるとともに、燃費向上さらには環境に優しい内燃機関を提供するものであって、本発明の産業上の利用可能性は大きいと解する。

１シリンダ
２Ａ，２Ｂピストン
２ａ，２ｂピストンヘッド
２ｃ，２ｄ凹部
３Ａ，３Ｂクランクシャフト
４緩衝材
５凹溝

Claims

内燃機関であって、
密閉されたシリンダーと、該シリンダー内を水平方向に対向する一対のピストンと、水平ピストン運動を回転運動に変換するために各ピストンに備えられるクランクシャフトと、からなり、
シリンダー中央内壁に、ピストンヘッドの衝撃を緩和するための緩衝材が配置されていることを特徴とする水平作動エンジン。
前記水平作動エンジンにおいて、前記緩衝材がピストンに連動して摺動可能に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の水平作動エンジン。
前記水平作動エンジンにおいて、前記ピストンヘッドに圧縮混合気を封入するための凹部が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水平作動エンジン。