JP2019183732A - 対向ピストン内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】吸排気効率が改善された対向ピストン内燃機関を提供する。【解決手段】対向ピストン内燃機関１は、一つのシリンダ内に二つのピストン１１が設けられると共にこれらピストンが互いに対して対称的に往復運動するように構成される。内燃機関は、シリンダ２１の径方向に延びる張出室２２と、吸気弁５１と、排気弁５２と、それぞれ各ピストンに連結されたクランクシャフト３と、を備える。一方のクランクシャフトは、ピストンの上昇速度が下降速度よりも速くなるようにシリンダの軸線に対してオフセットして配置され、他方のクランクシャフトは、ピストンの下降速度が上昇速度よりも速くなるようにシリンダの軸線に対してオフセットして配置される。【選択図】図４

Description

本発明は、対向ピストン内燃機関に関する。

従来から、一つのシリンダ内に二つのピストンを設けると共に、これらピストンが互いに対して対称的に往復運動するように構成された対向ピストン内燃機関が知られている（例えば、特許文献１）。

斯かる対向ピストン内燃機関では、二つのピストン間の容積が最小になるときに両ピストン間に位置するシリンダの壁の一部に形成されてシリンダの径方向に延びる張出室を設けることが提案されている（例えば、特許文献１）。この張出室には吸気通路及び排気通路が連通すると共に、張出室に対してこれら吸気通路及び排気通路を開閉する吸気弁及び排気弁が設けられる。これにより、ピストンと干渉することなく吸気弁や排気弁を開閉することができる。

特開２０１７−１９３９９４号公報

ところで、特許文献１に記載された対向ピストン内燃機関では、シリンダの軸線に対して、クランクシャフトの回転軸線をオフセットさせることについては何ら記載されていない。しかし、斯かる対向ピストン内燃機関では、一対のクランクシャフトの回転軸線を適切にオフセットさせることにより、その吸排気効率を改善する余地がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、クランクシャフトの回転軸線を適切にオフセットさせることにより吸排気効率が改善された対向ピストン内燃機関を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その要旨は以下のとおりである。

（１）一つのシリンダ内に二つのピストンが設けられると共にこれらピストンが前記シリンダの軸線方向中央の第１の側とこれとは反対側の第２の側において互いに対して対称的に往復運動するように構成された対向ピストン内燃機関であって、前記二つのピストン間の容積が最小になるときに両ピストン間に位置する前記シリンダの壁の一部に形成されて該シリンダの径方向に延びる張出室と、該張出室に連通する吸気通路と、前記張出室に連通する排気通路と、前記張出室に対して前記吸気通路を開閉すると共に前記シリンダの軸線方向中央よりも第２の側に配置された吸気弁と、前記張出室に対して前記排気通路を開閉すると共に前記シリンダの軸線方向中央よりも第１の側に配置された排気弁と、それぞれ各ピストンに連結されたクランクシャフトと、を備え、前記シリンダの軸線方向中央よりも第１の側に配置されたクランクシャフトは、前記シリンダの軸線方向中央よりも第１の側において往復運動するピストンが、対向する別のピストンに向かって移動するときよりも該別のピストンから離れるように移動するときの方が移動速度が速くなるように前記シリンダの軸線に対してオフセットして配置され、前記シリンダの軸線方向中央よりも第２の側に配置されたクランクシャフトは、前記シリンダの軸線方向中央よりも第２の側において往復運動するピストンが、対向する別のピストンから離れるように移動するときよりも該別のピストンに向かって移動するときの方が移動速度が速くなるように前記シリンダの軸線に対してオフセットして配置される、対向ピストン内燃機関。

本発明によれば、クランクシャフトの回転軸線を適切にオフセットさせることにより吸排気効率が改善された対向ピストン内燃機関が提供される。

図１は、一つの実施形態に係る対向ピストン内燃機関を前方から見た部分断面斜視図である。 図２は、一つの実施形態に係る対向ピストン内燃機関を後方から見た部分断面斜視図である。 図３は、本実施形態に係る対向ピストン内燃機関の部分断面平面図である。 図４は、本実施形態に係る対向ピストン内燃機関を前方から見た部分断面側面図である。 図５は、本実施形態に係る対向ピストン内燃機関を後方から見た部分断面側面図である。 図６は、シリンダの中央付近を拡大して示した、対向ピストン内燃機関を前方から見た部分断面斜視図である。 図７は、シリンダの中央付近を拡大して示した、対向ピストン内燃機関を後方から見た部分断面斜視図である。 図８は、ピストンとクランクシャフトとの関係を概略的に示す図である。 図９は、クランク角とピストンの変位との関係を示す図である。 図１０は、クランク角とピストンの速度との関係を示す図である。 図１１は、図４と同様に対向ピストン内燃機関を前方から見たときのシリンダ等の状態を模式的に示した図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

＜対向ピストン内燃機関の構成＞
以下、図１〜図７を参照して、本実施形態に係る対向ピストン内燃機関（以下、単に「内燃機関」ともいう）１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関１を前方から見た部分断面斜視図である。図２は、本実施形態に係る内燃機関１を後方から見た部分断面斜視図である。図１はシリンダブロック及びクランクケースの上方半分が削除された状態の断面図であり、図２は、シリンダブロック及びクランクケースの１／４が削除された状態の断面図である。

また、図３は、本実施形態に係る内燃機関１の部分断面平面図であり、図４は、本実施形態に係る内燃機関１を前方から見た部分断面側面図であり、図５は、本実施形態に係る内燃機関１を後方から見た部分断面側面図である。加えて、図６は、内燃機関１を前方から見た部分断面斜視図であり、シリンダの中央付近を拡大して示した図である。図７は、内燃機関１を後方から見た部分断面斜視図であり、シリンダの中央付近を拡大して示した図である。図１〜図５及び図７は、二つのピストンが共に上死点近傍にある時を示しており、一方、図６は、二つのピストンが共に下死点近傍にある時を示している。

なお、本明細書では、クランクシャフトの回転軸線（以下、「クランク軸線」という）方向及びシリンダの軸線（以下、「シリンダ軸線」という）方向に垂直な方向を、対向ピストン内燃機関の上下方向又は高さ方向と称する。また、上下方向における長さを高さと称する。ただし、対向ピストン内燃機関は、必ずしもクランク軸線Ｓ及びシリンダ軸線Ｃが水平に延びるように配置される必要はなく、例えばクランク軸線Ｓが鉛直方向に延びるように、又はシリンダ軸線Ｃが鉛直方向に延びるように配置されてもよい。

図１〜図７に示したように、内燃機関１は、一つのシリンダブロック２、二つのピストン１１、二つのコンロッド１３、二つのクランクシャフト３、二つのクランクケース４を備える。

≪シリンダブロック≫
シリンダブロック２は、鋳鉄及びアルミ合金等の金属で形成される。シリンダブロック２は、その内部に、二つのピストン１１を収容するシリンダ２１と、シリンダ２１の壁の一部に形成された張出室２２とを備えるように形成される。

シリンダ２１は、シリンダ２１内を二つのピストン１１が往復運動することができるように形成される。また、シリンダ２１は、その軸線方向の長さが各ピストンの行程長さの２倍よりも長くなるように形成される。また、シリンダ２１の周りにはシリンダ２１の周方向に延びる複数の冷却水路２３が形成される。冷却水路２３には、内燃機関１を冷却するための冷却水が流れる。

張出室２２は、シリンダ２１の内面からシリンダ２１の径方向（すなわち、シリンダ軸線Ｃに垂直な方向）に延びる空間である。特に、本実施形態では、張出室２２は、シリンダ２１の内壁面からクランク軸線Ｓと同一方向に張り出すように形成される。

張出室２２は、シリンダ２１のシリンダ軸線Ｃ方向の中央近傍に形成される。したがって、張出室２２の少なくとも一部は、シリンダ２１内を往復運動するピストン１１が共に上死点付近に位置して両ピストン１１間の容積が最小になるときに、両ピストン１１間に位置するシリンダ２１の壁の一部に形成される。好ましくは、張出室２２は、両ピストン１１間の容積が最小になるとき、又は少なくともいずれか一方のピストン１１が上死点にあるときに、両ピストン１１間に位置するシリンダ２１の壁の一部に形成される。張出室２２の壁面と、両ピストン１１の対向面（他方のピストンと向かい合う面）と、シリンダ２１の内壁面は、混合気が燃焼する燃焼室を画定する。

また、シリンダブロック２内には、燃焼室に流入する吸気ガスが流れる吸気ポート２４が形成される。吸気ポート２４は、張出室２２を画定するシリンダブロック２の一部（張出室２２の壁面の一部）に形成された吸気開口２５を介して張出室２２に連通する。

吸気ポート２４は吸気管に連通され、吸気管には燃焼室内に流入する吸気ガスの流量を制御するスロットル弁や吸気ガスの燃料を噴射する燃料噴射弁等が設けられる（いずれも図示せず）。吸気ポート２４及び吸気管は、吸気ガスが流通する吸気通路を形成する。したがって、張出室２２は吸気開口２５を介して吸気通路に連通している。また、燃料噴射弁は、吸気管の代わりに、吸気ポート２４に設けられてもよい。いずれにせよ、本実施形態では、吸気ポート２４から燃焼室には空気と燃料とを含む混合気が流入する。

加えて、シリンダブロック２内には、燃焼室から流出する排気ガスが流れる排気ポート２６が形成される。排気ポート２６は、張出室２２を画定するシリンダブロック２の一部（張出室２２の壁面の一部）に形成された排気開口２７を介して張出室２２に連通する。

排気ポート２６は排気管に連通され、排気管には排気ガスを浄化する排気浄化装置や排気ガスが大気中に排出される際に発生する騒音を低減するマフラー等が設けられる（いずれも図示せず）。排気ポート２６及び排気管は、排気ガスが流通する排気通路を形成する。したがって、張出室２２は排気開口２７を介して排気通路に連通している。

また、本実施形態では、吸気ポート２４及び排気ポート２６は、シリンダ軸線Ｃ及び後述するクランクシャフト３の軸線と平行な平面（以下、「シリンダ・クランク平面」という）上で延びるように形成される。なお、吸気ポート２４及び排気ポート２６は、シリンダ・クランク平面に対して傾斜するように形成されてもよい。ただし、その場合であっても、吸気ポート２４及び排気ポート２６は、シリンダ２１の上部と接するシリンダ・クランク平面と、シリンダ２１の下部と接するシリンダ・クランク平面との間で延びることが好ましい。したがって、吸気ポート２４及び排気ポート２６は、クランク軸線Ｓ方向に見たときに、ピストン１１の直径の範囲内で延びるように配置されることが好ましい。この場合、吸気ポート２４及び排気ポート２６は内燃機関１の上方又は下方に向かって延びていないため、内燃機関１の高さを低く抑えることができる。

また、張出室２２の壁面には、燃焼室内の混合気に点火する点火プラグ２８が設けられる。本実施形態では、点火プラグ２８は、シリンダ・クランク平面上で延びるように配置される。なお、点火プラグ２８は、シリンダ・クランク平面に対して傾斜するように形成されてもよい。ただし、その場合であっても、点火プラグ２８は、シリンダ２１の上部と接するシリンダ・クランク平面と、シリンダ２１の下部と接するシリンダ・クランク平面との間で延びることが好ましい。したがって、点火プラグ２８は、クランク軸線Ｓ方向に見たときに、ピストン１１の直径の範囲内で延びるように配置されることが好ましい。この場合、点火プラグ２８は内燃機関１の上方又は下方に向かって延びていないため、内燃機関１の高さを低く抑えることができる。

なお、シリンダブロック２には、燃焼室内に直接燃料を噴射するように燃料噴射弁が設けられてもよい。また、図示したシリンダブロック２は、一体的に形成されているが、別々に形成された複数の部品をボルト等によって結合するように構成されてもよい。

二つのピストン１１は、一つのシリンダ２１内に設けられる。これら二つのピストン１１は、互いに対して対称的にシリンダ軸線Ｃに沿って往復運動するように構成される。二つのピストン１１のうち第１ピストン１１ａは、シリンダ軸線Ｃ方向におけるシリンダ２１の中央（以下、「シリンダ２１の軸線方向中央」という）ＡＣの第１の側Ｓ１に配置される。一方、第２ピストン１１ｂは、シリンダ２１の軸線方向中央ＡＣの第２の側Ｓ２（第１の側Ｓ１とは反対側）に配置される。なお、シリンダ２１の軸線方向中央ＡＣは、二つのピストン１１の上死点の間に位置する。

各ピストン１１の対向面には、図２及び図７からわかるように、クランクシャフト３の軸線方向に延びる溝１２が形成される。特に、本実施形態では、溝１２は、シリンダの張出室２２が設けられた側に向かって徐々に深くなるように形成される。加えて、本実施形態では、溝１２は、クランクシャフト３の軸線方向に対して垂直な断面において円弧状になるように形成される。このように形成された溝１２は、ピストン１１が上死点にあるときに両ピストン１１の溝１２によって形成された空間が張出室２２と対面し、連通するように形成される（図２及び図７参照）。

各コンロッド１３は、その一方の端部において、ピストンピンを介して一つのピストン１１に対して揺動可能に連結される。また、各コンロッド１３は、その他方の端部において、クランクシャフト３のクランクピンに対して揺動可能に連結される。コンロッド１３は、ピストン１１の往復直線運動をクランクシャフト３の回転運動に変換する。

≪クランクシャフト及びクランクケース≫
二つのクランクシャフト３は、それぞれクランクケース４に設けられ、クランク軸線Ｓ回りで回転することができるように配置される。本実施形態では、クランクシャフト３は、クランク軸線Ｓがシリンダ軸線Ｃに対してオフセットするように配置される。

具体的には、シリンダ２１の軸線方向中央ＡＣよりも第１の側Ｓ１に配置された第１クランクシャフト３ａは、第１ピストン１１ａが、対向する第２ピストン１１ｂに向かって移動するときよりも第２ピストン１１ｂから離れるように移動するときの方が移動速度が速くなるようにシリンダ軸線Ｃに対してオフセットして配置される。本実施形態では、図４及び図５に示したように、第１クランクシャフト３ａはシリンダ軸線Ｃに対して下方にΔＬだけオフセットして配置される。

また、シリンダ２１の軸線方向中央ＡＣよりも第２の側Ｓ２に配置された第２クランクシャフト３ｂは、第２ピストン１１ｂが、対向する第１ピストン１１ａから離れるように移動するときよりも第１ピストン１１ａに向かって移動するときの方が移動速度が速くなるようにシリンダ軸線Ｃに対してオフセットして配置される。本実施形態では、図４及び図５に示したように、第２クランクシャフト３ｂはシリンダ軸線Ｃに対して下方にΔＬだけオフセットして配置される。

クランクシャフト３は、コンロッド１３が連結されるクランクピンと、クランクピンの両側に配置されたクランクアーム３１と、クランクアーム３１を介してクランクピンの両側に配置されたクランクジャーナル３２と、クランクシャフト３の一方の端部に設けられた連動ギア３３とを備える。

クランクピンは、クランクアーム３１によってクランク軸線Ｓから偏心してクランク軸線Ｓと平行に延びる軸線を有するように配置される。各クランクジャーナル３２は、クランクケース４に設けられたクランク軸受４２に、クランク軸受４２内においてクランク軸線Ｓ回りで回転可能に支持される。

二つのクランクシャフト３のうち第１クランクシャフト３ａは、第１コンロッド１３ａを介して第１ピストン１１ａに連結される。したがって、第１クランクシャフト３ａは第１ピストン１１ａの往復運動に伴って回転運動せしめられる。本実施形態では、図４において第１クランクシャフト３ａは矢印Ｒ１の方向に時計回りに回転し、図５において第１クランクシャフト３ａは矢印Ｒ１の方向の反時計回りに回転する。

二つのクランクシャフト３のうち第２クランクシャフト３ｂは、第２コンロッド１３ｂを介して第２ピストン１１ｂに連結される。したがって、第２クランクシャフト３ｂは第２ピストン１１ｂの往復運動に伴って回転運動せしめられる。本実施形態では、図４において第２クランクシャフト３ｂは矢印Ｒ２の方向に時計回りに回転し、図５において第２クランクシャフト３ｂは矢印Ｒ２の方向の反時計回りに回転する。

第１クランクシャフト３ａには第１連動ギア３３ａが設けられ、第２クランクシャフト３ｂには第２連動ギア３３ｂが設けられる。これら第１連動ギア３３ａと第２連動ギア３３ｂとは、これらの間に配置されたギア（図示せず）又はチェーンによって互いに連結せしめられる。これにより、第１連動ギア３３ａと第２連動ギア３３ｂとは同期して回転せしめられ、よって第１クランクシャフト３ａと第２クランクシャフト３ｂとは同期して回転せしめられる。特に、本実施形態では、両クランクシャフト３は、第１ピストン１１ａが上死点にあるときに第２ピストン１１ｂも上死点に位置し、第１ピストン１１ａが下死点にあるときに第２ピストン１１ｂも下死点に位置するように、同期して回転せしめられる。

なお、第１クランクシャフト３ａと第２クランクシャフト３ｂとを同期して回転させることができれば、連動ギア以外の構成要素がクランクシャフト３に設けられてもよい。

また、二つのクランクシャフト３のうち一方（図示した例では、第２クランクシャフト３ｂ）の端部には、出力シャフト取付部３４が設けられる。特に、本実施形態では、連動ギア３３の外側に出力シャフト取付部３４が結合される。出力シャフト取付部３４はクランク軸線Ｓ回りで回転すると共に、内燃機関１外部の出力軸に連結される。

二つのクランクケース４のうち第１クランクケース４ａは、シリンダブロック２の第１の側の端部に結合されると共に、第１クランクシャフト３ａを収容する。一方、第２クランクケース４ｂは、シリンダブロック２の第２の側の端部に結合されると共に、第２クランクシャフト３ｂを収容する。

各クランクケース４は、それぞれ、クランク室４１と、二つのクランク軸受４２と、タイミングギア軸受４３とを備える。各クランク室４１は、クランクシャフト３のクランクピン及びクランクアーム３１を収容する。クランク軸受４２は、各クランクケース４に二つ設けられ、その軸線がクランク軸線Ｓに一致するように構成される。クランク軸受４２は、クランクシャフト３のクランクジャーナル３２を回転可能に支持する。

タイミングギア軸受４３は、各クランクケース４に一つ設けられ、その軸線がクランク軸線Ｓから偏心してクランク軸線Ｓと平行に延びるように構成される。タイミングギア軸受４３は、後述するカム機構６０の内歯タイミングギア６１を、クランク軸線Ｓから偏心されたギア軸線Ｔ回りで回転可能に支持する。

≪動弁系≫
図１〜図３、図５〜図７に示したように、内燃機関１は、動弁系５を更に備える。動弁系５は、吸気弁５１、排気弁５２、バルブリフタ５３、バルブスプリング５４及びカム機構６０を備える。

吸気弁５１は、弁軸５１ａと弁軸５１ａに対して垂直に延びる弁体５１ｂとを備える。吸気弁５１はその軸線（弁軸５１ａの軸線）に沿って摺動するようにシリンダブロック２に配置される。

また、吸気弁５１は、吸気弁５１が閉弁位置（リフトされていない位置）にあるときにその弁体５１ｂが吸気開口２５を閉鎖するように配置される。特に、本実施形態では、吸気開口２５はピストン１１の対向面（すなわち、シリンダ軸線Ｃと垂直な平面）とほぼ平行（具体的には、相対角度が１５°以内、好ましくは１０°以内程度）な平面上に位置するように構成される。このため、吸気弁５１の弁体５１ｂもピストン１１の対向面とほぼ平行（具体的には、相対角度が１５°以内、好ましくは１０°以内程度）な平面上に位置するように配置される。

したがって、吸気弁５１は、その軸線がシリンダ軸線Ｃとほぼ平行（具体的には、相対角度が１５°以内、好ましくは１０°以内程度）に延びるように配置される。特に、本実施形態では、吸気弁５１は、図１〜図３等に示したように、張出室２２から第２クランクシャフト３ｂに向かって延びるように、且つシリンダ２１の軸線方向中央ＡＣよりも第２の側Ｓ２に配置される。したがって、吸気弁５１は内燃機関１の上方又は下方に向かって延びていないため、内燃機関１の高さを低く抑えることができる。

加えて、吸気弁５１は、吸気弁５１が開放位置（リフトされた位置）にあるときにその弁体５１ｂが吸気開口２５を閉鎖しないように配置される。したがって、吸気弁５１は、吸気開口２５を開閉し、これによって張出室２２に対して吸気通路を開閉する。

排気弁５２は、弁軸５２ａと弁軸５２ａに対して垂直に延びる弁体５２ｂとを備える。排気弁５２はその軸線（弁軸５２ａの軸線）に沿って摺動するようにシリンダブロック２に配置される。

また、排気弁５２は、排気弁５２が閉弁位置（リフトされていない位置）にあるときにその弁体５２ｂが排気開口２７を閉鎖するように配置される。特に、本実施形態では、排気開口２７はピストン１１の対向面（すなわち、シリンダ軸線Ｃと垂直な平面）とほぼ平行（具体的には、相対角度が１５°以内、好ましくは１０°以内程度）な平面上に位置するように構成される。このため、排気弁５２の弁体５２ｂもピストン１１の対向面とほぼ平行（具体的には、相対角度が１５°以内、好ましくは１０°以内程度）な平面上に位置するように配置される。

したがって、排気弁５２は、その軸線がシリンダ軸線Ｃとほぼ平行（具体的には、相対角度が１５°以内、好ましくは１０°以内程度）に延びるように配置される。特に、本実施形態では、排気弁５２は、図１〜図３等に示したように、張出室２２から第１クランクシャフト３ａに向かって延びるように、且つシリンダ２１の軸線方向中央ＡＣよりも第１の側Ｓ１に配置される。したがって、排気弁５２は内燃機関１の上方又は下方に向かって延びていないため、内燃機関１の高さを低く抑えることができる。

加えて、排気弁５２は、排気弁５２が開放位置（リフトされた位置）にあるときにその弁体５２ｂが排気開口２７を閉鎖しないように配置される。したがって、排気弁５２は、排気開口２７を開閉し、これによって張出室２２に対して排気通路を開閉する。

バルブリフタ５３は、吸気弁５１の弁体５１ｂ側とは反対側の端部、及び排気弁５２の弁体５２ｂ側とは反対側の端部に配置される。バルブリフタ５３は、後述するカム機構６０のカム６３と当接し、カム６３のプロフィールに合わせて吸気弁５１及び排気弁５２をリフトする。したがって、吸気弁５１は、バルブリフタ５３を介して吸気カム６３ｂによって開閉駆動され、排気弁５２は、バルブリフタ５３を介して排気カム６３ａによって開閉駆動される。

なお、本実施形態では、吸気弁５１と吸気カム６３ｂとの間及び排気弁５２と排気カム６３ａとの間にバルブリフタ５３を設けている。しかしながら、バルブリフタ５３の代わりに、ロッカーアーム及びラッシュアジャスタ等を設けるようにしてもよい。

バルブスプリング５４は、吸気弁５１及び排気弁５２を閉弁方向に付勢する。したがって、吸気弁５１及び排気弁５２は、カム６３によってリフト方向に付勢されない限り、バルブスプリング５４によって吸気開口２５及び排気開口２７をそれぞれ閉弁する。

二つのカム機構６０は、内歯タイミングギア６１と、外歯タイミングギア６２と、内歯タイミングギア６１と結合されたカム６３とを備える。第１カム機構６０ａは、排気弁５２に隣接して位置すると共に第１クランクシャフト３ａに連結される。一方、第２カム機構６０ｂは、吸気弁５１に隣接して位置すると共に第２クランクシャフト３ｂに連結される。

内歯タイミングギア６１は、円筒状に形成され、その内面には歯車が形成される。クランクケース４のタイミングギア軸受４３に受容され、タイミングギア軸受４３内で回転せしめられる。上述したようにタイミングギア軸受４３はその軸線がクランク軸線Ｓから偏心されているため、このタイミングギア軸受４３に支持された内歯タイミングギア６１もクランク軸線Ｓから偏心されたギア軸線Ｔ回りで回転せしめられる。内歯タイミングギア６１は、クランクシャフト３とは直接は連結されていない。

外歯タイミングギア６２は、内歯タイミングギア６１の内部に配置されると共に、クランクシャフト３に結合される。したがって、外歯タイミングギア６２は、クランクシャフト３と共にクランク軸線Ｓ回りで回転せしめられる。特に、本実施形態では、外歯タイミングギア６２は、クランクシャフト３の連動ギア３３側の端部とは反対側の端部に設けられる。第１カム機構６０ａの外歯タイミングギア６２は第１クランクシャフト３ａに連結され、第２カム機構６０ｂの外歯タイミングギア６２は第２クランクシャフト３ｂに連結される。

外歯タイミングギア６２の外周面には歯車が形成されており、この歯車は内歯タイミングギア６１の内面に形成された歯車と噛合する。特に、外歯タイミングギア６２の歯数は、内歯タイミングギア６１の歯数の半分である。このため、外歯タイミングギア６２が２回転する間に内歯タイミングギア６１が１回転することになる。

カム６３は、内歯タイミングギア６１に結合され、内歯タイミングギア６１と共に回転する。カム６３は、その外周面が少なくとも部分的に内歯タイミングギア６１の外周面よりも外側に突出するように形成される。カム６３の外周面はバルブリフタ５３の後面に当接し、カム６３の回転に伴ってカム６３のカムロープがバルブリフタ５３に当接すると、吸気弁５１又は排気弁５２がリフトされる。

特に、本実施形態では、第１カム機構６０ａの排気カム６３ａは、内歯タイミングギア６１及び外歯タイミングギア６２を介して、第１クランクシャフト３ａに駆動される。したがって、第１カム機構６０ａは、第１クランクシャフト３ａが２回転する間に排気カム６３ａが第１クランクシャフト３ａ回りを１回転するように構成される。排気カム６３ａは排気弁５２のバルブリフタ５３に当接し、よって排気カム６３ａが回転することによって排気弁５２がリフトされる。

一方、第２カム機構６０ｂの吸気カム６３ｂは、内歯タイミングギア６１及び外歯タイミングギア６２を介して、第２クランクシャフト３ｂに駆動される。したがって、第２カム機構６０ｂは、第２クランクシャフト３ｂが２回転する間に吸気カム６３ｂが第２クランクシャフト３ｂ回りを１回転するように構成される。吸気カム６３ｂは吸気弁５１のバルブリフタ５３に当接し、よって吸気カム６３ｂが回転することによって吸気弁５１がリフトされる。

本実施形態におけるカム機構６０では、クランクシャフト３とは別に吸気カム及び排気カム用のカムシャフトが設けられていない。したがって、本実施形態によれば、カムシャフトを別途設ける場合に比べて、カム機構６０を、ひいては内燃機関１を単純な構造にすることができると共にその重量を低減することができる。

≪変更例≫
なお、上記実施形態では、内燃機関１は一つのシリンダ２１のみを備えている。しかしながら、内燃機関１は二つのシリンダを有するように構成されてもよい。この場合、二つのシリンダを有する内燃機関は、例えば、図１〜図５に示した内燃機関を、連動ギアを共有するように対称的に連結することによって構成される。したがって、斯かる内燃機関はそれぞれ二つのクランクピンを備える二つのクランクシャフトを有することになる。この場合、出力シャフト取付部は、例えば、一つの外歯タイミングギアの外側においてクランクシャフト３に連結される。

また、上記実施形態では、張出室２２に吸気開口２５が１つのみ設けられている。しかしながら、張出室２２は、２つ又は３つの吸気開口２５が設けられるように構成されてもよい。この場合には、内燃機関１は２つ又は３つの吸気弁５１を有する。

＜対向ピストン内燃機関の動作＞
以下、上述したように構成された内燃機関１における動作について簡単に説明する。図１〜図５及び図７に示したように両ピストン１１が上死点にある状態から両クランクシャフト３が回転すると、それに伴って両ピストン１１は互いから離れるように移動する。このとき吸気カム６３ｂによって吸気弁５１が開弁せしめられる。したがって、燃焼室内には空気と燃料の混合気が吸入せしめられる（吸気行程）。

その後、両ピストン１１が図６に示したように下死点付近に到達すると吸気弁５１が閉弁されると共に、両ピストン１１は互いに向かうように移動する。したがって、このときには燃焼室内では断熱圧縮が行われ、燃焼室内の混合気の温度及び圧力が上昇する（圧縮行程）。そして、両ピストン１１が再び上死点付近に到達すると、点火プラグ２８によって混合気が点火され、燃焼室内において混合気が燃焼する。

燃焼室内において混合気が燃焼するとその燃焼圧によってピストン１１が互いから離れるように押し出される（膨張行程）。この燃焼圧によるピストン１１の押出力はコンロッド１３を介して各クランクシャフト３へ回転駆動力として伝達される。

その後、両ピストン１１が下死点付近に到達すると排気カム６３ａによって排気弁５２が開弁される。したがって、ピストン１１が互いに向かうように移動すると、燃焼室内における混合気の燃焼によって生じた排気ガスがピストン１１によって排気ポート２６へと排出される（排気行程）。その後、両ピストン１１が再び上死点付近に到達すると排気弁５２が閉弁されると共に吸気弁５１が開弁せしめられ、以降、同様なサイクルが繰り返し行われる。

＜作用・効果＞
以下、図８〜図１１を参照して、本実施形態に係る対向ピストン内燃機関１の作用及び効果について説明する。図８は、ピストン１１とクランクシャフト３との関係を概略的に示す図である。図中のＸはピストン１１のピストンピンの軸線、Ｙはクランクシャフト３のクランクピンの軸線をそれぞれ示している。また、図中のＲは、クランクシャフト３の回転方向を示している。

図８（Ａ）は、クランクシャフト３が右回り（矢印Ｒの方向）に回転しているときに、シリンダ軸線Ｃに対してクランク軸線Ｓが左方向にずれている場合を示している。本明細書では、クランク軸線Ｓがシリンダ軸線Ｃに対してこのようにずれている場合を、クランク軸線Ｓが＋オフセットしていると称する。なお、クランクシャフト３が左回りに回転しているときに、シリンダ軸線Ｃに対してクランク軸線Ｓが右方向にずれている場合もクランク軸線Ｓは＋オフセットしているといえる。

一方、図８（Ｂ）は、クランクシャフト３が右回り（矢印Ｒの方向）に回転しているときに、シリンダ軸線Ｃに対してクランク軸線Ｓが右方向にずれている場合を示している。本明細書では、クランク軸線Ｓがシリンダ軸線Ｃに対してこのようにずれている場合を、クランク軸線Ｓが−オフセットしていると称する。なお、クランクシャフト３が左回りに回転しているときに、シリンダ軸線Ｃに対してクランク軸線Ｓが左方向にずれている場合もクランク軸線Ｓは−オフセットしているといえる。

図９は、クランクシャフト３の回転角度（クランク角）とピストン１１の変位との関係を示す図である。また、図１０は、クランク角とピストン１１の速度との関係を示す図である。図中の実線Ａは、クランク軸線Ｓがシリンダ軸線Ｃ上に位置し、よってクランク軸線Ｓがオフセットしていない場合を示している。一方、間隔の短い破線Ｂは、クランク軸線Ｓが＋オフセットしている場合、間隔の長い破線Ｃはクランク軸線Ｓが−オフセットしている場合を示している。

図９からわかるように、クランク軸線Ｓが＋オフセットしている場合（破線Ｂ）には、オフセットしていない場合（実線Ａ）と比べて、上死点が若干遅角せしめられると共に下死点が大きく遅角せしめられる。この結果、図１０からわかるように、クランク軸線Ｓが＋オフセットしている場合（破線Ｂ）には、オフセットしていない場合（実線Ａ）と比べて、ピストン１１の下降速度が遅くなると共にピストン１１の上昇速度が速くなる。

一方、図９からわかるように、クランク軸線Ｓが−オフセットしている場合（破線Ｃ）には、オフセットしていない場合（実線Ａ）と比べて、上死点が若干進角せしめられると共に下死点が大きく進角せしめられる。この結果、図１０からわかるように、クランク軸線Ｓが−オフセットしている場合（破線Ｃ）には、オフセットしていない場合（実線Ａ）と比べて、ピストン１１の下降速度が速くなると共にピストン１１の上昇速度が遅くなる。

図１１は、図４と同様に対向ピストン内燃機関１を前方から見たときのピストン１１等の状態を模式的に示した図である。図１１（Ａ）は、内燃機関１が吸気行程にあるときのピストン１１等の状態を示した図であり、図１１（Ｂ）は、内燃機関１が排気行程にあるときのピストン１１等の状態を示した図である。

ここで、本実施形態では、第１クランクシャフト３ａは矢印Ｒ１の方向に反時計回りに回転する。また、第１クランクシャフト３ａはシリンダ軸線Ｃに対して下方にΔＬだけオフセットして配置される。したがって、第１クランクシャフト３ａのクランク軸線Ｓは−オフセットしている。

一方、本実施形態では、第２クランクシャフト３ｂは矢印Ｒ２の方向に反時計回りに回転する。また、第２クランクシャフト３ｂはシリンダ軸線Ｃに対して下方にΔＬだけオフセットして配置される。したがって、第２クランクシャフト３ｂのクランク軸線Ｓは＋オフセットしている。

図１１（Ａ）に示したように、内燃機関１が吸気行程にあるときには、第１クランクシャフト３ａのクランク軸線Ｓは−オフセットしていることから、第１ピストン１１ａの下降速度は速い。この結果、第１ピストン１１ａと対向するように配置された吸気開口２５を介する吸気ガスの流れ（図中の破線）が速くなり、よって燃焼室内への吸気ガスの充填効率が高くなる。

一方、図１１（Ｂ）に示したように、内燃機関１が排気行程にあるときには、第２クランクシャフト３ｂのクランク軸線Ｓは＋オフセットしていることから、第２ピストン１１ｂの上昇速度は速い。この結果、第２ピストン１１ｂと対向するように配置された排気開口２７を介する排気ガスの流れ（図中の破線）速くなり、よって燃焼室内の排気ガスの排気効率が高くなる。

したがって、本実施形態の内燃機関１によれば、クランク軸線Ｓをシリンダ軸線Ｃから適切にオフセットされることにより、内燃機関の吸排気効率を高めることができるようになる。

２ シリンダブロック
３ クランクシャフト
４ クランクケース
５ 動弁系
１１ ピストン
１３ コンロッド
２２ 張出室
２５ 吸気開口
２７ 排気開口
５１ 吸気弁
５２ 排気弁
６０ カム機構

Claims (1)

1. 一つのシリンダ内に二つのピストンが設けられると共にこれらピストンが前記シリンダの軸線方向中央の第１の側とこれとは反対側の第２の側において互いに対して対称的に往復運動するように構成された対向ピストン内燃機関であって、
   前記二つのピストン間の容積が最小になるときに両ピストン間に位置する前記シリンダの壁の一部に形成されて該シリンダの径方向に延びる張出室と、該張出室に連通する吸気通路と、前記張出室に連通する排気通路と、前記張出室に対して前記吸気通路を開閉すると共に前記シリンダの軸線方向中央よりも第２の側に配置された吸気弁と、前記張出室に対して前記排気通路を開閉すると共に前記シリンダの軸線方向中央よりも第１の側に配置された排気弁と、それぞれ各ピストンに連結されたクランクシャフトと、を備え、
   前記シリンダの軸線方向中央よりも第１の側に配置されたクランクシャフトは、前記シリンダの軸線方向中央よりも第１の側において往復運動するピストンが、対向する別のピストンに向かって移動するときよりも該別のピストンから離れるように移動するときの方が移動速度が速くなるように前記シリンダの軸線に対してオフセットして配置され、
   前記シリンダの軸線方向中央よりも第２の側に配置されたクランクシャフトは、前記シリンダの軸線方向中央よりも第２の側において往復運動するピストンが、対向する別のピストンから離れるように移動するときよりも該別のピストンに向かって移動するときの方が移動速度が速くなるように前記シリンダの軸線に対してオフセットして配置される、対向ピストン内燃機関。

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