JP2019183778A - 対向ピストン内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】ロッドに作用する慣性力に伴うロッドの撓みやクランクシャフトへの径方向の力を低減する。【解決手段】対向ピストン内燃機関１は、一つのシリンダ２１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、各ピストンに連結された２つのクランクシャフト３と、これら２つのクランクシャフトを互いに同期して回転するように連結する回転同期機構７０とを備える。回転同期機構７０は、両クランクシャフトの連結された２つの連結ロッド７１、７６と、両連結ロッドに連結されると共に回転錘９５を有する中間軸組立体９０とを備える。中間軸組立体は、回転錘が両クランクシャフトの回転に同期して回転するように、両連結ロッドに連結される。【選択図】図１

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、各ピストンにコンロッドを介して一つのクランクシャフトが連結される。したがって、一つのシリンダの両側に一つずつクランクシャフトが設けられることになる。そして、一つのシリンダ内のピストンを互いに対称的に往復運動させるためには、これら二つのクランクシャフトを同期して回転させることが必要になる。

このため、特許文献１に記載の対向ピストン内燃機関では、二つのクランクシャフトの間にこれら二つのクランクシャフトを同期して回転させる回転同期機構を設けることが提案されている。斯かる回転同期機構は、例えば、各クランクシャフトにクランク軸線から偏心した軸線回りで回転可能に連結された二つのロッドを備え、これらロッドにより二つのクランクシャフトが同期して回転せしめられる。

特表２０１１−５１７３３３号公報

特許文献１に記載の対向ピストン内燃機関では、回転同期機構として用いられる二つのロッドはクランク軸線回りに９０°の角度間隔でクランクシャフトに結合される。このため、二つのロッドは１８０°の角度間隔でクランクシャフトに結合されないことから、これらロッドに作用する慣性力は二つのロッド間で打ち消し合わず、よってクランクシャフトにはロッドの慣性力に伴う力が径方向に作用する。加えて、ロッドに作用する慣性力によりロッドに撓みが生じる。

このようにロッドに作用する慣性力によって、クランクシャフトに径方向の力が作用したりロッドに撓みが生じたりすると、ロッドによるクランクシャフトの回転同期を円滑にできなくなり、不用な出力の損失を生じる可能性がある。

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、ロッドに作用する慣性力に伴うロッドの撓みやクランクシャフトへの径方向の力を低減してクランクシャフトの回転同期を円滑にすることができる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、一方のピストンに連結された第１クランクシャフトと、他方のピストンに連結された第２クランクシャフトと、これら第１クランクシャフトと第２クランクシャフトとを互いに同期して回転するように連結する回転同期機構とを備え、前記回転同期機構は、各クランクシャフトにクランク軸線から偏心した軸線回りで回転可能に連結された第１連結ロッドと、各クランクシャフトにクランク軸線から偏心した軸線回りで回転可能に連結されると共に前記第１連結ロッドとはクランク軸線回りに１８０°以外の角度間隔で各クランクシャフトに回転可能に連結された第２連結ロッドと、前記第１連結ロッド及び前記第２連結ロッドに連結されると共に回転錘を有する中間軸組立体とを備え、前記中間軸組立体は、前記回転錘が両クランクシャフトの回転に同期して回転するように、両クランクシャフトへの連結箇所の間において前記第１連結ロッドに連結されると共に、両クランクシャフトへの連結箇所の間において前記第２連結ロッドに連結される、対向ピストン内燃機関。

本発明によれば、ロッドに作用する慣性力に伴うロッドの撓みやクランクシャフトへの径方向の力を低減してクランクシャフトの回転同期を円滑にすることができる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、前方カバーを外した状態で対向ピストン内燃機関を前方から見た斜視図である。 図５は、後方カバーを外した状態で対向ピストン内燃機関を後方から見た斜視図である。 図６は、前方カバーを付した状態で対向ピストン内燃機関を前方から見た斜視図である。 図７は、後方カバーを付した状態で対向ピストン内燃機関を後方から見た斜視図である。 図８は、中間部材の平面図である。 図９は、中間軸組立体の平面図である。 図１０は、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１１は、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１２は、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１３は、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１４は、回転同期機構の構成を概略的に示した図である。 図１５は、変形例に係る対向ピストン内燃機関を前方から見た、図４と同様な斜視図である。

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る。

図４は、前方カバーを外した状態で内燃機関１を前方から見た斜視図であり、図５は、後方カバーを外した状態で内燃機関１を後方から見た斜視図である。さらに、図６は、前方カバーを付した状態で内燃機関１を前方から見た斜視図であり、図７は、後方カバーを付した状態で内燃機関１を後方から見た斜視図である。

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のシリンダ２１内面から最も径方向に離れた壁面には、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。各ピストン１１の対向面には、図２及び図９からわかるように、クランク軸線Ｓ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、クランク軸線Ｓ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。特に、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と直交するように配置される。しかしながら、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とは交わらないように、すなわちシリンダ軸線Ｃからオフセットするように配置されてもよい。

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、出力シャフト取付部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。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。

出力シャフト取付部３３は、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）の端部に設けられる。特に、本実施形態では、後述する第２カム機構６０ｂの外側に出力シャフト取付部３３が結合される。出力シャフト取付部３３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の一方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の他方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２〜図４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２〜図４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、後述する回転同期機構７０側の端部とは反対側のクランクシャフト３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のカムローブがバルブリフタ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。

≪回転同期機構≫
内燃機関１は、第１クランクシャフト３ａと第２クランクシャフト３ｂとを互いに同期して回転するように連結する回転同期機構７０を更に備える。回転同期機構７０は、第１クランクシャフト３ａと第２クランクシャフト３ｂとが同じ速度で同期して回転するようにこれらクランクシャフト３を互いに連結する。

回転同期機構７０は、第１連結ロッド７１と、第２連結ロッド７６と、各クランクシャフト３に結合された軸端部材８０と、両連結ロッド７１、７６に連結される中間軸組立体９０とを備える。

第１連結ロッド７１は、一方の端部に設けられた第１軸受７２と、他方の端部に設けられた第２軸受７３と、第１連結ロッド７１のほぼ中央に設けられた中間軸受７４とを備える。これら三つの軸受７２〜７４は、その中心が第１連結ロッド７１の軸線上に位置するように配置される。なお、本実施形態では、中間軸受７４は、第１連結ロッド７１のほぼ中央、すなわち第１軸受７２と第２軸受７３との間のほぼ中心に設けられている。しかしながら、中間軸受７４は、第１連結ロッド７１の中央よりも第１軸受７２側又は第２軸受７３側に設けられてもよい。

第２連結ロッド７６は、一方の端部に設けられた第１軸受７７と、他方の端部に設けられた第２軸受７８と、第２連結ロッド７６のほぼ中央に設けられた中間軸受７９とを備える。これら三つの軸受７７〜７９は、その中心が第２連結ロッド７６の軸線上に位置するように配置される。なお、本実施形態では、中間軸受７９は、第２連結ロッド７６のほぼ中央、すなわち第１軸受７７と第２軸受７８との間のほぼ中心に設けられている。しかしながら、中間軸受７９は、第２連結ロッド７６の中央よりも第１軸受７７側又は第２軸受７８側に設けられてもよい。

軸端部材８０は、カム機構６０が設けられた側とは反対側の端部においてクランクシャフト３に結合される。軸端部材８０は、偏心部材８１と、内側ロッド軸８２と、中間部材８３と、外側ロッド軸８４とを備える。これら偏心部材８１、内側ロッド軸８２、中間部材８３、外側ロッド軸８４は別体として形成されてボルトや溶接によって互いに結合されてもよいし、これらのうちの一部が一体的に形成されてもよい。

偏心部材８１は、クランク軸線Ｓから径方向に向かって延びるようにクランクシャフト３の端部に結合される。偏心部材８１のクランクシャフト３に結合された面とは反対側の面には内側ロッド軸８２が結合される。

内側ロッド軸８２は、その軸線（以下、「内側ロッド軸線」という）ＳＩがクランク軸線Ｓと平行であって、クランク軸線Ｓから離間して位置するように偏心部材８１に結合される。したがって、クランクシャフト３が回転すると、内側ロッド軸８２はクランク軸線Ｓ回りで周方向に旋回する。内側ロッド軸８２の偏心部材８１側の端部とは反対側の端部には中間部材８３が結合される。

中間部材８３は、ウェブ部材８６と釣合錘８７とを備える。ウェブ部材８６はその一方の面において内側ロッド軸８２に結合されると共にこれとは反対側の面において外側ロッド軸８４に結合される。中間部材８３は、クランク軸線Ｓ回りで回転するように内側ロッド軸８２に結合される。

図８は、中間部材８３の平面図である。図８からわかるように、釣合錘８７は、クランク軸線Ｓを挟んで内側ロッド軸８２及び外側ロッド軸８４の反対側に配置される。特に、図８に示した例では、釣合錘８７は、その重心ＣＭが、内側ロッド軸線ＳＩと外側ロッド軸線ＳＯとの中点とクランク軸線Ｓとを結んだ直線上に位置するように配置される。

外側ロッド軸８４は、その軸線（以下、「外側ロッド軸線」という）ＳＯがクランク軸線Ｓと平行であって、クランク軸線Ｓから離間して位置するように中間部材８３に結合される。したがって、クランクシャフト３が回転すると、外側ロッド軸８４はクランク軸線Ｓ回りで周方向に旋回する。

また、外側ロッド軸８４は、外側ロッド軸線ＳＯが内側ロッド軸線ＳＩと平行であって内側ロッド軸線ＳＩから離間して位置するように中間部材８３に結合される。特に、本実施形態では、外側ロッド軸８４は、外側ロッド軸線ＳＯのクランク軸線Ｓからの距離が内側ロッド軸線ＳＩのクランク軸Ｓからの距離と等しくなるように構成される。加えて、外側ロッド軸８４は、クランク軸線Ｓ回りの周方向において外側ロッド軸線ＳＯが内側ロッド軸線ＳＩから９０°の角度間隔で位置するように構成される。

なお、外側ロッド軸８４は、外側ロッド軸線ＳＯのクランク軸線Ｓからの距離が内側ロッド軸線ＳＩのクランク軸Ｓからの距離と異なるように構成されてもよい。加えて、外側ロッド軸８４は、クランク軸線Ｓ回りの周方向において外側ロッド軸線ＳＯが内側ロッド軸線ＳＩから９０°以外の角度間隔で位置するように構成されてもよい。ただし、その場合であっても、外側ロッド軸線ＳＯが内側ロッド軸線ＳＩから１８０°以外の角度間隔であることが必要である。

第１連結ロッド７１は、その第１軸受７２が第１軸端部材８０ａの内側ロッド軸８２を支持するように第１軸端部材８０ａに連結される。このため、第１連結ロッド７１は、クランク軸線Ｓから偏心した内側ロッド軸線ＳＩ回りで回転可能に第１クランクシャフト３ａに連結されることになる。同様に、第１連結ロッド７１は、その第２軸受７３が第２軸端部材８０ｂの内側ロッド軸８２を支持するように第２軸端部材８０ｂに連結される。このため、第１連結ロッド７１は、クランク軸線Ｓから偏心した内側ロッド軸線ＳＩ回りで回転可能に第２クランクシャフト３ｂに連結されることになる。

加えて、第２連結ロッド７６は、その第１軸受７７が第１軸端部材８０ａの外側ロッド軸８４を支持するように第１軸端部材８０ａに連結される。このため、第２連結ロッド７６は、クランク軸線Ｓから偏心した外側ロッド軸線ＳＯ回りで回転可能に第１クランクシャフト３ａに連結されることになる。また、本実施形態では、外側ロッド軸８４は、クランク軸線Ｓ回りの周方向において外側ロッド軸線ＳＯが内側ロッド軸線ＳＩから９０°の角度間隔で位置する。したがって、第２連結ロッド７６は、第１連結ロッド７１とはクランク軸線Ｓ回りに９０°の角度間隔で第１クランクシャフト３ａに連結されることになる。

同様に、第２連結ロッド７６は、その第２軸受７８が第２軸端部材８０ｂの外側ロッド軸８４を支持するように第２軸端部材８０ｂに連結される。このため、第２連結ロッド７６は、クランク軸線Ｓから偏心した外側ロッド軸線ＳＯ回りで回転可能に第２クランクシャフト３ｂに連結されることになる。また、本実施形態では、第２連結ロッド７６は、第１連結ロッド７１とはクランク軸線Ｓ回りに９０°の角度間隔で第２クランクシャフト３ｂに連結されることになる。

なお、上述したように、外側ロッド軸８４は、クランク軸線Ｓ回りの周方向において外側ロッド軸線ＳＯが内側ロッド軸線ＳＩから１８０°以外の角度間隔で位置すれば、９０°以外の角度間隔で位置してもよい。したがって、第２連結ロッド７６は、第１連結ロッド７１とはクランク軸線Ｓ回りに１８０°以外の任意の角度間隔でクランクシャフト３に連結されてもよい。

これら第１連結ロッド７１及び第２連結ロッド７６は、両クランクシャフト３が回転すると、それに合わせて旋回するように平行移動する。これら第１連結ロッド７１及び第２連結ロッド７６により、両クランクシャフト３は互いに同期して回転せしめられる。

中間軸組立体９０は、両クランクシャフト３への連結箇所の間において第１連結ロッド７１に連結されると共に、両クランクシャフト３への連結箇所の間において第２連結ロッド７６に連結される。また、中間軸組立体９０は、回転軸線Ｓ’（図９参照）回りで回転するように両連結ロッド７１、７６に連結される。中間軸組立体９０は、内側ロッド軸９１と、中間部材９２と、外側ロッド軸９３とを備える。

図９は、中間軸組立体９０の平面図である。図９に示したように、中間部材９２は、ウェブ部材９４と回転錘９５とを備える。ウェブ部材９４はその一方の面において内側ロッド軸９１に結合されると共にこれとは反対側の面において外側ロッド軸９３に結合される。

回転錘９５は、回転軸線Ｓ’を挟んで内側ロッド軸９１及び外側ロッド軸９３の反対側に配置される。特に、図９に示した例では、回転錘９５は、その重心ＣＭが、内側ロッド軸線ＳＩと外側ロッド軸線ＳＯとの中点と回転軸線Ｓ’とを結んだ直線上に位置するように配置される。したがって、回転錘９５は、クランクシャフト３が回転して中間軸組立体９０が回転すると、クランクシャフト３の回転に同期して回転軸線Ｓ’回りで回転せしめられる。

中間軸組立体９０の内側ロッド軸９１は、その軸線（内側ロッド軸線）ＳＩが回転軸線Ｓ’と平行であって、回転軸線Ｓ’から離間して位置するように中間部材９２に結合される。特に、内側ロッド軸９１は、内側ロッド軸線ＳＩの回転軸線Ｓ’からの距離が、軸端部材８０の内側ロッド軸線ＳＩのクランク軸線Ｓからの距離に等しくなるように構成される。この結果、クランクシャフト３が回転すると、内側ロッド軸９１は回転軸線Ｓ’回りで周方向に旋回する。

中間軸組立体９０の外側ロッド軸９３は、その軸線（内側ロッド軸線）ＳＯが回転軸線Ｓ’と平行であって、回転軸線Ｓ’から離間して位置するように中間部材９２に結合される。特に、外側ロッド軸９３は、外側ロッド軸線ＳＯの回転軸線Ｓ’からの距離が、軸端部材８０の外側ロッド軸線ＳＯクランク軸線Ｓからの距離に等しくなるように構成される。この結果、クランクシャフト３が回転すると、外側ロッド軸９３は回転軸線Ｓ’回りで周方向に旋回する。

また、本実施形態では、中間軸組立体９０の外側ロッド軸９３は、回転軸線Ｓ’回りの周方向において外側ロッド軸線ＳＯが内側ロッド軸９１の内側ロッド軸線ＳＩから９０°の角度間隔で位置するように構成される。なお、軸端部材８０の外側ロッド軸８４の外側ロッド軸線ＳＯが内側ロッド軸線ＳＩから９０°以外の任意の角度間隔で位置するように構成されている場合、中間軸組立体９０の外側ロッド軸９３は、回転軸線Ｓ’回りの周方向において外側ロッド軸線ＳＯが内側ロッド軸９１の内側ロッド軸線ＳＩからこの任意の角度間隔で位置するように構成される。

内燃機関１は、図６及び図７に示したように、前方カバー９６及び後方カバー９７を更に備える。前方カバー９６は、シリンダブロック２及びクランクケース４の一方の側（前方側）に配置されると共に、回転同期機構７０を覆うように構成される。これにより、回転同期機構７０が外部から保護される。加えて、後方カバー９７は、シリンダブロック２及びクランクケース４の他方の側（後方側）に配置されると共に、動弁系５を覆うように構成される。これにより、動弁系５が外部から保護される。

＜対向ピストン内燃機関の動作＞
以下、図１０〜図１３を参照して、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１０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１１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（図１２）、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、図１３に示したように両ピストン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＞
次に、図１４を参照して、本実施形態における回転同期機構７０の作用・効果について説明する。図１４は、回転同期機構７０の構成を概略的に示した図である。

図１４は、第１連結ロッド７１の質点ｍ１を第１連結ロッド７１の重心における集中質量とみなし、第２連結ロッド７６の質点ｍ２を第２連結ロッド７６の重心における集中質量とみなした場合を示している。これら２つの質点ｍ１及びｍ２は、仮想中心Ｏ３回りを旋回することになる。この仮想中心Ｏ３は、中間軸受７４、７９がそれぞれ第１連結ロッド７１及び第２連結ロッド７６の中央に設けられている本実施形態の場合、中間軸組立体９０の回転軸線Ｓ’に一致する。そして、これら２つの質点ｍ１、ｍ２は本実施形態では常に９０°の位相差を保って回転することから、１つの大きな質点ｍｒと見なすことができる。

これに対して、本実施形態では、連結ロッド７１、７６の質点ｍｒの仮想中心Ｏ３を挟んで反対側に、すなわち質点ｍｒに対して仮想中心Ｏ３の点対称方向に回転錘９５が設けられる。この回転錘９５の質点ｍｐを回転錘９５の重心における集中質量と見なした場合、仮想中心Ｏ３から連結ロッド７１、７６の質点ｍｒまでの距離をｒｒとし、仮想中心Ｏ３から回転錘９５の質点ｍｐまでの距離をｒｐとすると、ｍｒ・ｒｒ＝ｍｐ・ｒｐとなるように回転錘９５を構成することにより、連結ロッド７１、７６の回転に伴う慣性力を打ち消すことができる。これにより、ロッドに作用する慣性力に伴うロッドの撓みやクランクシャフトへの径方向の力を低減して、クランクシャフトの回転同期を円滑に行うことができるようになる。

なお、本実施形態では、ｍｒ・ｒｒ＝ｍｐ・ｒｐとなるように回転錘９５が構成されるが、回転錘９５は必ずしもｍｒ・ｒｒ＝ｍｐ・ｒｐとなるように構成されなくてもよい。しかしながら、その場合であっても、回転錘９５はｍｐ・ｒｐ＜２・ｍｒ・ｒｒとなるように構成される必要があり、回転錘９５がこのように構成される限り、回転錘９５を設けない場合に比べて連結ロッド７１、７６の回転に伴う慣性力を低減することができる。

＜変形例＞
次に、図１５を参照して、対向ピストン内燃機関１の変形例について説明する。図１５は、変形例に係る対向ピストン内燃機関を前方から見た、図４と同様な斜視図である。

図１５に示したように、本変形例では、中間軸組立体９０は、内側ロッド軸９１と、中間部材９２と、外側ロッド軸９３に加えて、偏心部材９８及び出力軸９９を備える。出力軸９９は、その軸線が中間軸組立体９０の回転軸線Ｓ’に一致するように偏心部材９８を介して外側ロッド軸９３に取り付けられる。したがって、出力軸９９は、クランクシャフト３の回転に伴って中間軸組立体９０が回転軸線Ｓ’回りで回転すると、これに伴って回転軸線Ｓ’回りで回転することになる。出力軸９９は、内燃機関１外部の出力軸に連結される。

なお、本変形例では、出力軸９９によって内燃機関１の出力を取り出すことができるため、内燃機関１には出力シャフト取付部３３が設けられなくてもよい。

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
５１ 吸気弁
５２ 排気弁
６０ カム機構
７０ 回転同期機構
７１ 第１連結ロッド
７６ 第２連結ロッド
８０ 軸端部材
９０ 中間軸組立体
９５ 回転錘

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、
   一方のピストンに連結された第１クランクシャフトと、他方のピストンに連結された第２クランクシャフトと、これら第１クランクシャフトと第２クランクシャフトとを互いに同期して回転するように連結する回転同期機構とを備え、
   前記回転同期機構は、各クランクシャフトにクランク軸線から偏心した軸線回りで回転可能に連結された第１連結ロッドと、各クランクシャフトにクランク軸線から偏心した軸線回りで回転可能に連結されると共に前記第１連結ロッドとはクランク軸線回りに１８０°以外の角度間隔で各クランクシャフトに回転可能に連結された第２連結ロッドと、前記第１連結ロッド及び前記第２連結ロッドに連結されると共に回転錘を有する中間軸組立体とを備え、
   前記中間軸組立体は、前記回転錘が両クランクシャフトの回転に同期して回転するように、両クランクシャフトへの連結箇所の間において前記第１連結ロッドに連結されると共に、両クランクシャフトへの連結箇所の間において前記第２連結ロッドに連結される、対向ピストン内燃機関。

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