JP2015124671A - 自動車用エンジンの出力取出し装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品数が少なく、組立精度が出やすく製造が簡単でコンパクトな自動車用エンジンの出力取出し装置を提供する。
【解決手段】本発明は、クランクシャフトに換えて歯車機構でピストンの往復運動を回転運動に変換して取り出すもので、出力軸２に出力軸歯車３を固設した出力軸ユニット２Ａの左右に、出力軸歯車３に噛み合う駆動歯車６を備えた駆動軸ユニット５Ａ，５Ｂを設ける。駆動軸５と出力軸２は平行、かつ、水平線上にそれぞれ配置させている。駆動軸ユニット５Ａ、５Ｂは、駆動軸５を一体に備えた駆動歯車６を２個互いに駆動軸５を外側にして配置し、駆動歯車６間の歯先と軸心の間にコンロッド軸７を設けている。そして、４気筒エンジンの場合は、駆動軸ユニット５Ａ、５Ｂと同じ駆動軸ユニット５Ｃ、５Ｄを並列に設けるとともに、出力軸２を一体のものにする。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車用エンジンの出力取出し装置に係り、ピストンの往復運動を歯車機構で回転運動に変換して取り出すようにしたものに関する。

自動車用エンジンでは、往復運動するピストンをコンロッドでクランクシャフトに連結して回転運動に変換している。

このクランクシャフトは、形状が複雑でしかも高回転であるので、所定の品質で製造するには費用が嵩み、また、バランスウエイトが必要で、これが駆動に関係なく空転しているので、振動が避けられず、回転運動への変換効率がさほど良いとはいえない。
そこで、クランクシャフトを用いないで、ピストンの往復運動を回転運動に変えて動力を取り出す装置が種々検討されている。
その中には、歯車を用いたものが幾つかあり、例えば、コンロッドを駆動歯車の軸と歯先の間に連結し、これを出力軸歯車に噛み合わせたもの（特許文献１参照）や、ピストンを連結手段を介して揺動するリングギアに連結し、出力軸に固設されたピニオンギアを該リングギアに噛み合わせたもの（特許文献２参照）などがある。

特許文献１の直円変換装置は、ピストンに２本のコンロッドを連結してそれぞれの大端部を駆動歯車（クランク歯車）に連結し、この２個の駆動歯車を出力軸に固設した歯車に噛み合わせている。
また、特許文献２のエンジンは、ピストンに連結されたリングギアを連結手段で偏芯運動させ、これを出力軸に固設したピニオンギアに伝達するようにしている。

特開２００３−８３４１１号公報 特開２０１０−２４２６８６号公報

特許文献１の直円変換装置は、コンロッドを２本としてピストンを水平に保つようにしたので、ピストンを簡素にでき、また、出力軸の回転数も任意のものにできる。
しかしながら、この装置では、一つのピストンに２本のコンロッドを連結するため、シリンダの径が大きくなり、歯車も多く必要とし、このため、噛み合い精度を確保するのが難しく、費用が嵩み、小型自動車用のエンジンに適用するには実用的ではない。
また、特許文献２のエンジンは、ピストンの往復運動をリングギアの偏心運動に変換する構成を採ることにより、部品数の少ないコンパクトな装置にできる。
しかしながら、この装置では、高速なピストンの動きをリングギアの偏心運動にするために、その機構（連結手段および遊星歯車機構）の精度を確保することが難しいという問題があり、実用的ではない。

上記の点に鑑み、本発明は、部品数が少なく、組立精度が出やすく製造が簡単でコンパクトな自動車用エンジンの出力取出し装置を提供することを目的としている。

本発明の自動車エンジン用の組立式クランクシャフトは、上記の目的を達成するため、次の手段を採った。すなわち、コンロッドの大端部を駆動歯車の歯先と軸心の間に連結し、該駆動歯車を出力軸歯車に噛み合わせて、ピストンの往復運動を回転運動に変換して取り出すようにした自動車用エンジンの出力取出装置であって、該駆動歯車は外側に駆動軸が突設された２個として両駆動歯車をコンロッド軸で歯先と軸心の間に連結して駆動軸ユニットとし、この駆動軸ユニットを、出力軸歯車が固設された出力軸の左右に、該駆動軸と該出力軸とが平行、かつ、水平線上に位置するように設けたことを特徴としている。

本発明の自動車用エンジンの出力取出し装置は、ピストンに連結されたコンロッドを駆動歯車に連結して往復運動を回転運動に変換し、これに出力軸歯車を噛み合わせてエンジン出力を取り出すようにしたものである。
駆動歯車は駆動軸が一方の側に一体に設けられ、これを２個、互いに駆動軸が外側になるようにして、両駆動歯車をコンロッド軸で連結する。コンロッド軸は駆動歯車の歯先と軸心の間である。この組み立てたものをこの明細書では駆動軸ユニットと称する。この駆動軸ユニットは１シリンダに対して１個である。

出力軸歯車に噛み合う駆動歯車は、出力軸歯車の左右に配置する。すなわち、出力軸歯車を固設した出力軸に対して２個のシリンダを配置する。駆動軸と出力軸は平行で、各軸心が水平線上に位置するように配置する。
４気筒のエンジンの場合は、請求項２に記載のように、出力軸歯車の左右に駆動軸ユニットを配置したものを、別途並列に設けて、出力軸を一体として構成する。なお、６気筒の場合は、さらに、並列に出力軸歯車を挟んで駆動軸ユニットを２個配置したものを設けて、出力軸を一体として構成すればよい。

駆動歯車および出力軸歯車の歯数は、任意に設定でき、出力軸は所望の回転数の動力を取り出すことができる。
出力軸歯車は出力軸へ固着するが、４〜８角形状の多角形の軸として、焼き嵌めまたは圧入で固着するのが望ましい。なお、駆動歯車へ固着するコンロッド軸は、軸部に転がり軸受を装着できるので丸軸でもよい。

駆動歯車は、コンロッドが軸心から離れて連結されているので、外側（出力軸と反対側）へ逃げようとする力が作用する。このため、出力軸歯車との噛み合いが悪くなって、振動が多くなり、騒音が発生する場合がある。このような場合は、請求項３に記載のように、駆動歯車に噛み合う受け歯車を出力軸歯車に対向させて設け、該受け歯車の受け歯車軸が前記駆動軸および出力軸と平行で、水平線上に位置するように配置するとよい。

本発明による自動車用エンジンの出力取出し装置は、駆動歯車は、駆動軸をそれぞれ外側に備えた２個として両駆動歯車をコンロッド軸で連結して駆動軸ユニットとし、この駆動軸ユニットを、出力軸歯車が固設された出力軸の左右に、該駆動軸と該出力軸とが平行、かつ、水平線上に位置するように設けたので、回転が滑らかで振動が少なく、ピストンの往復運動を効率よく回転運動に変換して取り出すことができる。
また、駆動歯車と出力軸歯車の歯数を任意に採ることができ、所望の回転数とトルクで出力させることができる。また、駆動軸、出力軸、コンロッド軸の軸受はすべて転がり軸受が使用できる。さらに、本装置の構成部品はすべて簡単な形状で加工が容易で、特別な加工装置を必要としない。

また、４気筒エンジンの場合は、請求項２に記載のように、出力軸の左右に駆動軸ユニットを配置した出力取出し装置を、さらに並列に設けるとともに、両出力軸を一体とするだけで簡便に構成できる。
また、請求項３に記載のように、駆動歯車に噛み合う受け歯車を出力軸歯車に対向させて設け、該受け歯車の受け歯車軸も前記駆動軸および出力軸と平行で、水平線上に配置すれば、駆動歯車が受け歯車によって外側へ移動しようとする動きが制限され出力軸歯車との噛み合いが良くなり、振動が抑止され伝達効率が向上する。

本発明の自動車用エンジンの出力取出し装置の実施の形態を示すもので、４気筒エンジンにおける場合の構成を示す平面図である。 同、図１のＡ−Ａ視図である。 同、図２のＢ−Ｂ視図である。 同、図２の出力軸ユニットの部品構成を示す斜視図である。 同、図２の駆動軸ユニットの部品構成を示す斜視図である。 同、別の実施の形態を示す正面図である。 同、平面図である。

以下に、本発明の自動車用エンジンの出力取出し装置の実施の形態を４気筒エンジンに適用したもので図１〜図５に基づいて説明する。
図１は、４気筒エンジンにおける出力取出し装置の構成を示す平面図である。図２は図１のＡ−Ａ視図、図３は同、Ｂ−Ｂ視図である。また、図４は、出力軸ユニット２Ａの部品を示す斜視図、図５は駆動軸ユニットの部品を示す斜視図である。

この出力取出し装置は、図１、２に示すように、出力軸ユニット２Ａの左右に駆動軸ユニット５Ａ、５Ｂと、さらにこれに並列に、駆動軸ユニット５Ｃ、５Ｄを設けている。そして、出力軸ユニット２Ａの出力軸歯車３と駆動軸ユニット５Ａ〜５Ｄの駆動歯車６がそれぞれ噛み合っている。なお、ここでは、駆動歯車６と出力軸歯車３は同じ歯数としている。そして、出力軸２と駆動軸５の軸心は平行で水平線上に配置されている。

出力軸ユニット２Ａは、出力軸２に出力軸歯車３が４個固着されたものであり、図４に示すように、出力軸２は、出力軸歯車３が取り付く位置（歯車軸部２ｂ）を四角状に形成し、両端の端部２ａと中央の継部２ｃは円柱状としている。なお、出力軸２の寸法は、ここでは、端部２ａを５０ｍｍ丸、歯車軸部２ｂを５５ｍｍ角、長さを２４０ｍｍ（２気筒の場合は１２０ｍｍ）としている。
また、出力軸歯車３は、中心部に四角の軸孔３ｂが形成された板状の平歯車で、ここでは、ピッチ径が１４０ｍｍ、歯幅を１５ｍｍとしている。なお、図中３ａは歯先、３ｃは凹部である。この出力軸歯車３は出力軸２に焼き嵌めによって固着している。

駆動軸ユニット５Ａ〜５Ｄは、それぞれ同じもので、駆動歯車６に駆動軸５が一方側に一体に形成され、これを２個それぞれ駆動軸５を外側にして離して置き、両駆動歯車６をコンロッド１の大端部１ｂを連結したコンロッド軸７で連結したものである。
駆動歯車６は、中央部に円筒状の駆動軸５が外側に突出した平歯車で、歯部６ａと軸心との間にコンロッド軸７が固設される四角の軸孔６ｂが形成されている。ここでは、駆動歯車６はピッチ径が１４０ｍｍで、歯幅を１５ｍｍとしており、また、駆動軸５は径が４０ｍｍ、長さが２０ｍｍとしている。

コンロッド軸７は、図５に示すように、駆動歯車６の軸孔６ｂへ取り付く部分（角軸７ａ）を四角状とし、中央の軸部７ｂは円柱状としている。なお、コンロッド軸７の寸法は、ここでは、角軸７ａを２７ｍｍ角、軸部７ｂを３５ｍｍ丸、長さを５０ｍｍとしている。

駆動軸ユニット５Ａ〜５Ｄは、それぞれ次のように組み立てられる。
まず、一方の駆動歯車６の軸孔６ｂにコンロッド軸７の一端の角軸７ａを圧入する。次に、ニードルベアリングを取り付けたコンロッド１の大端部１ｂをコンロッド軸７の軸部７ｂへ装着する。そして、他方の駆動歯車６を持ってその軸孔６ｂに、コンロッド軸７の他端の角軸７ａを軸孔６ｂに圧入する。

駆動軸ユニット５Ａ〜５Ｄは、コンロッド軸７の位置が円周の１/４ずつ変位させた位置になるように組み付けている。
このように、構成されているので、駆動軸ユニット５Ａ〜５Ｄは、それぞれピストンの往復運動をコンロッド１で同方向へ回転させ、これに噛み合う出力軸歯車３が回転し、出力軸２が回転する。コンロッド１は、２個の駆動歯車６の間に取り付けており、出力軸歯車３も各駆動歯車６に噛み合っているので、各歯車および出力軸２に偏荷重が付加されず、スムーズな回転動力が得られる。しかも、出力軸２，駆動軸５、出力軸歯車３、駆動歯車６、コンロッド軸７は、簡素な形状であり、特別な製造装置を必要とせずに安価に製造でき、安定した品質を確保できる。

次に、別の実施の形態（請求項３の発明）を図６および図７に基いて説明する。
この自動車用エンジンの出力取出し装置は、上記の実施の形態に受け歯車を追加したものである。
すなわち、図６、図７に示すように、中央に出力軸歯車３を４個固設した出力軸ユニット２Ａを配置し、その左右に並列に駆動軸ユニット５Ａ〜５Ｄを配置し、その外側に各駆動歯車６に噛み合う受け歯車１２を備えた受け軸ユニット１０が設けられている。

受け軸ユニット１０は、受け軸１１に駆動歯車６と同歯数の受け歯車１２が４個駆動歯車６に噛み合うように配置して固設（キーまたは圧入）されており、受け軸１１の中心は、駆動軸５の中心と出力軸２の中心を結ぶ水平線の延長上に位置する。
このように構成したので、コンロッド１によって回転する駆動歯車６は出力軸歯車３と受け歯車１２に挟まれて、外側へ逃げないように保持され、コンロッド１によって伝達される回転力はよりスムーズに出力軸２へ伝達される。

なお、上記の実施の形態では、４気筒エンジンで説明したが、２気筒エンジンの場合は、駆動軸ユニット５Ａ、５Ｂとして、出力軸２を短いものにすればよく、６気筒エンジンの場合は、駆動軸ユニットを並列に追加して、出力軸２を長くすればよい。
また、上記の実施の形態の説明では、発明の内容がよく解るように、出力軸２、出力軸歯車３、駆動軸５、駆動歯車６、コンロッド軸７について具体的な寸法を示して説明したが、本発明は、この寸法に限定されるものでないことはいうまでもない。

１ コンロッド
１ａ 小端部
１ｂ 大端部
１ｃ 角孔
２Ａ 出力軸ユニット
２ 出力軸
２ａ 端部
２ｂ 歯車軸部
２ｃ 継軸
３ 出力軸歯車
３ａ 歯部
３ｂ 軸孔
３ｃ 凹部
５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ 駆動軸ユニット
５ 駆動軸
６ 駆動歯車
６ａ 歯部
６ｂ 軸孔
７ コンロッド軸
７ａ 角軸
７ｂ 軸部
１０ 受け軸ユニット
１１ 受け軸
１２ 受け歯車

Claims (3)

1. コンロッドの大端部を駆動歯車の歯先と軸心の間に連結し、該駆動歯車を出力軸歯車に噛み合わせて、ピストンの往復運動を回転運動に変換して取り出すようにした自動車用エンジンの出力取出装置であって、該駆動歯車は外側に駆動軸が突設された２個として両駆動歯車をコンロッド軸で歯先と軸心の間に連結して駆動軸ユニットとし、この駆動軸ユニットを、出力軸歯車が固設された出力軸の左右に、該駆動軸と該出力軸とが平行、かつ、水平線上に位置するように設けたことを特徴とする自動車用エンジンの出力取出し装置。
2. 前記出力軸の左右に駆動軸ユニットを配置した出力取出し装置を、別途並列に設けるとともに、両出力軸を一体としたことを特徴とする請求項１に記載の自動車エンジン用の出力取出し装置。
3. 前記駆動歯車に噛み合う受け歯車を出力軸歯車に対向させて設け、該受け歯車の受け歯車軸も前記駆動軸および出力軸と平行で、水平線上に配置したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の自動車用エンジンの出力取出し装置。

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