JP2561506Y2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、内燃機関に係り、さら
に詳しくは、シリンダを長くして燃料の完全燃焼を可能
とし、低速で大きなトルクを得ることができる内燃機関
に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、自動車やトラクタなどの駆動部
には、ガソリンや軽油などの燃料を燃焼させて駆動する
内燃機関（エンジン）が搭載されている。以下、図９を
参照して従来の内燃機関を示す。図９に示すように、内
燃機関１００はシリンダ１０１を有している。シリンダ
１０１はウォータジャケット１０２により周囲が被われ
ており、シリンダ１０１の下部にはウォータジャケット
１０２と連結するようにクランクケース１０３が設けら
れている。また、シリンダ１０１内にはピストン１０４
が往復動可能に収納されており、このピストン１０４
と、クランクケース１０３内に収納されたクランクシャ
フト１０５とが、上下一対のピン１０６、１０７を介し
てコンロッド１０８により連結されている。シリンダ１
０１上の燃焼室内に噴射された燃料を爆発的に燃焼させ
ると、シリンダ１０１が昇降して、コンロッド１０８を
介してクランクシャフト１０５が回転し、出力が得られ
る。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の内燃機関にあっては、揺動するコンロッド１０８を
介してシリンダ１０１の昇降運動をクランクシャフト１
０５の回転運動に変換して出力するので、例えばシリン
ダ１０１およびコンロッド１０８を長くし、かつクラン
クシャフト１０５の回転半径を大きくして燃焼時間を長
くすることにより、燃料の完全燃焼化を図ると共に低速
で比較的大きなトルクを得ようとした場合、必然的にピ
ストン１０４の下面に軸着されたコンロッド１０８の揺
動半径が大きくなるが、ピストン１０４の下部に形成さ
れた開口部１０４ａの直径は比較的小さいので、ピスト
ン１０４の直径、しかもそれに伴うシリンダ１０１の直
径を大きくしなければ、コンロッド１０８の揺動半径が
規制されて長いストロークにできないという問題点があ
った。また、このように比較的大きなトルクを得る場合
には、クランクシャフト１０５の回転半径が大きくなる
ので、それを収納するクランクケース１０３も幅方向に
大きくなって内燃機関１００が大型化するという問題点
があった。本考案はこのような事情に鑑みなされたもの
で、シリンダやピストンを大径化したり、必要以上に内
燃機関を大型化しなくてもシリンダを長くして燃料の完
全燃焼を可能にすると共に低速で大きなトルクを得るこ
とができる内燃機関を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の内燃機関は、シリンダ内を往復動するピストン
と、該ピストンに一端部が軸着されたコンロッドと、該
コンロッドの他端部に一端部が軸着されて、該コンロッ
ドの往復動運動を他端部側の支点を中心とした揺動運動
に変換する揺動レバーと、該揺動レバーの他端部に、該
揺動レバーの揺動方向に直交する方向にのみ回動可能に
一端部が軸着された円運動変換レバーと、自在継手を介
して前記円運動変換レバーの他端部が連結された出力回
転体とを備えるように構成されている。

【０００５】

【作用】請求項１記載の内燃機関において、シリンダ内
でピストンが往復動すると、これに伴ってコンロッド
は、その一端部の軸着部を中心に若干揺動しながら往復
動するだけで、従来のようにシリンダの直径方向に大き
く揺動しないので、ストロークを長くすることが可能に
なり、これにより霧状の燃料と共に大量の空気がシリン
ダ内に吸気され、その後、圧縮側へピストンが移動する
際に十分に空気を圧縮でき、更には燃焼時間も長くなる
ので、燃料の完全燃焼が可能であり、しかも低速で比較
的大きなトルクを得られる内燃機関を設計できる。それ
からコンロッドの他端部に軸着された揺動レバーが、該
レバーの他端部側の支点を中心に揺動することにより前
記ピストンの往復動運動が揺動運動に変換され、次いで
揺動レバーの他端部に回動可能に軸着された円運動変換
レバーが回転することにより前記揺動運動が円運動に変
換され、それから円運動変換レバーの他端部が自在継手
を介して連結された出力回転体が前記揺動面と回動面と
の交差によりできた直線上を回転中心として回転するこ
とにより出力が得られる。なお、この出力回転体ははず
み車としても作用する。

【０００６】

【実施例】続いて、添付した図面を参照しつつ、本考案
を具体化した実施例につき説明し、本考案の理解に供す
る。ここに、図１は本考案の第１の実施例に係る内燃機
関の断面図、図２は前記内燃機関に使用される出力回転
体を用いての内燃機関の作動行程を示す説明図、図３は
図１のＳ−Ｓ断面図、図４は前記内燃機関の要部拡大断
面図、図５は本考案の第２の実施例に係る４気筒内燃機
関の概略平面図、図６は前記内燃機関に使用される出力
回転体を用いての内燃機関の作動行程を示す説明図、図
７は本考案の第３の実施例に係る内燃機関の要部拡大断
面図である。

【０００７】まず、図１〜４を参照して本考案の第１の
実施例に係る内燃機関を説明する。図１に示すように、
本考案の第１の実施例に係る内燃機関１０は４サイクル
のガソリン機関であってシリンダ１１を有している。シ
リンダ１１はウォータジャケット１２により周囲が被わ
れており、シリンダ１１の下部にはウォータジャケット
１２と連結するようにＸ方向の一方に延びるレバーケー
ス１３が設けられている。シリンダ１１内にはピストン
１４がＺ方向に往復動可能に収納されており、このピス
トン１４にはピン１５を介して下方に延びるコンロッド
１６の一端部が軸着されている。コンロッド１６の他端
部には揺動レバー１７がピン１８により軸着されてお
り、揺動レバー１７の他端部は下部ケース１３の略中央
部に横架されたＹ方向に延びる支持ピン１９により軸着
されている。この支持ピン１９が揺動レバー１７の揺動
支点になる。なお、支持ピン１９の両側部には、平面視
して後述する出力ギヤ２４側に向かって円運動変換レバ
ー２０の回動角度分だけ除々に広がった一対のレバーガ
イド１９ａが固着されている（図３参照）。

【０００８】揺動レバー１７の他端部には、揺動レバー
１７の揺動中心軸と直交する方向にのみ回動可能な前記
円運動変換レバー２０の一端部が軸着されている。すな
わち、円運動変換レバー２０の一端部は上下一対の軸着
片２１が一体形成された二股状になっており、両軸着片
２１が揺動レバー１７の上下面に、支持ピン１９の軸線
と直交する位置に軸線が配置された短尺な上下一対の回
動ピン２２によりそれぞれ軸着されている。円運動変換
レバー２０の他端側は比較的細くなっており、円運動変
換レバー２０の他端部には、揺動レバー１７の揺動面と
円運動変換レバー２０の回動面とが交差してできた直線
Ｌ上に回転中心が配置されたはずみ車として作用する出
力回転体の一例である大径な出力ギヤ２４が軸受３４
（図５参照）を介して回転可能に設けられ、この出力ギ
ヤ２４の一部に図４に示す球面軸受２３を介して前記円
運動変換レバー２０の他端が連結されている。球面軸受
２３は、出力ギヤ２４の円運動変換レバー２０側の面の
外縁部に設けられた凹状のグリップ部２３ｂに、円運動
変換レバー２０側に設けられて先端部が球状になった球
部２３ａが回動可能に嵌合されて自在継手になってい
る。また、図１に示すように、出力ギヤ２４には小径ギ
ヤ２５を介して出力軸２６が連結されている。なお、図
示していないもののシリンダ１１の上部には通常のガソ
リン機関と同様周知のスパークプラグ、吸気弁および排
気弁が取り付けられた燃焼室が配置されている。

【０００９】続いて、本考案の第１の実施例に係る内燃
機関１０の動作を説明する。図１に示すように、シリン
ダ１１内でピストン１４がＺ方向に往復動すると、これ
に伴ってコンロッド１６がピン１５を中心に若干揺動し
ながら同一方向に往復動し、これによりコンロッド１６
にピン１８を介して軸着された揺動レバー１７が支持ピ
ン１９を中心にＸＹ平面内を揺動することによりシリン
ダ１１の往復動運動が揺動運動に変換される。次いで、
揺動レバー１７の揺動に伴って、このレバー１７の他端
部に回動ピン２２により軸着された円運動変換レバー２
０が直線Ｌを回転中心として円錐形に回転し、この円運
動変換レバー２０の回転により球面軸受２３を介して出
力ギヤ２４が回転し、小径ギヤ２５を介して出力軸２６
が回転して出力が得られる。このことを、図２を参照し
ながら４サイクルの内燃機関１０の作動行程ごとに区分
して詳細に説明する。なお、内燃機関１０の運転開始時
の出力ギヤ２４における球面軸受２３の位置を、ピスト
ン１４がシリンダ１１内で最上位に達したときのａ位置
とする。

【００１０】 吸気工程 まず、ピストン１４が下降して吸気弁からシリンダ１１
内に燃料が吸気されると球面軸受２３はａ位置からｂ位
置を経て最上部のｃ位置まで回動する。このとき、ピス
トン１４はシリンダ１１の最下位置に達している。 圧縮工程 次に、吸気弁が閉弁され、ピストン１４が上昇してシリ
ンダ１１内で燃料が圧縮されると、球面軸受２３はｃ位
置からｄ位置を経て再び最下部のａ位置まで回動する。
このとき、ピストン１４はシリンダ１１の最上位置に達
している。 点火爆発 そして、ピストン１４がシリンダ１１の最上位置を若干
通過したａ′位置に球面軸受２３が達したらスパークプ
ラグにより点火して燃焼室内で燃料が爆発する。 膨張工程 続いて、燃料の爆発膨張によりピストン１４が押し下げ
られると球面軸受２３はａ位置からｂ位置を経て最上部
のｃ位置まで回動する。 排気工程 その後、ピストン１４が上昇して排気弁からシリンダ１
１内の排ガスが排気されると、球面軸受２３はｃ位置か
らｄ位置を経て再びａ位置まで回動する。以上の工程を
連続的に繰り返すことにより内燃機関１０が運転されて
出力が得られる。

【００１１】ところで、シリンダ１１やコンロッド１６
を長くして低速で比較的大きなトルクを得ようとした場
合、従来のようなコンロッドによりクランクシャフトを
回転させるものでは、クランクシャフトの回動半径を大
径化させるのに伴ってコンロッドの揺動幅を大きくさせ
たいものの、コンロッドはピストンの下部の開口部幅だ
けしか揺動できないので製作に限界があった。しかし、
この内燃機関１０では、コンロッド１６がピストン１４
の往復動に伴ってＺ方向に往復動するだけでほとんど揺
動しないのでピストン１４の爆発推力のロスも少なく、
コンロッド１６、揺動レバー１７を通して円運動変換レ
バー２０により回転力に円滑に変換される。また、シリ
ンダ１１やピストン１４を大径化しなくても、例えばコ
ンロッド１６を長くしたり、揺動レバー１７および円運
動変換レバー２０からなる動力伝達部材の全長における
支持ピン１９の位置をコンロッド１６側に移動させた
り、若しくは単純に円運動変換レバー２０を長尺化する
などして、大径化した出力ギヤ２４を回転させれば、よ
り効果的に燃料を完全燃焼させることができると共に、
比較的大きなトルクを得ることができる。また、従来の
クランクシャフト式のものでは、クランクシャフトの回
動半径の大径化に伴いクランクケースが全体的に非常に
大きくなってしまうが、本手段の内燃機関１０では、揺
動レバー１７、円運動変換レバー２０および出力ギヤ２
４などが比較的コンパクトにまとめられるので、下部ケ
ース１３を比較的小さくできて、それほど内燃機関１０
が大型化せず、例えば自動車の機器類が密集するエンジ
ン収納部においてスペース的に邪魔になり難い。

【００１２】次に、図５、６を参照して本考案の第２の
実施例に係る内燃機関３０を説明する。第２の実施例の
内燃機関３０（３０Ａ〜３０Ｄ）は、４気筒４サイクル
の内燃機関を示したものであり、図５に示すようにそれ
ぞれの内燃機関３０は出力軸２６の軸線の左右に一対ず
つ並列配置されている。すなわち、出力軸２６の一端部
に一対の軸受３１を介して小径ギヤ２５が固着されてお
り、小径ギヤ２５の両側に一対の出力ギヤ３２、３３が
噛合されている。一方の出力ギヤ３２の一端面側には第
１の内燃機関３０Ａが配置されており、出力ギヤ３２の
他端面中央部から軸受３４を介して延びる連結シャフト
３５の先端に出力回転体の他の例である円板状の出力回
転板３６の一端面中央部が固着されている。この出力回
転板３６の他端面側に、第２の内燃機関３０Ｃが配置さ
れている。

【００１３】また同様に、出力ギヤ３３の一端面側に内
燃機関３０Ｄが配置され、出力ギヤ３３と連結シャフト
３５を介して一端面が連結された出力回転板３７の他端
面側に内燃機関３０Ｂが配置されている。なお、図６に
示すように、４気筒の内燃機関３０を用いて効率よく大
きな出力が得られるように、それぞれの内燃機関３０Ａ
〜３０Ｄのそれぞれの円運動変換レバー２０と、それぞ
れ対応する出力ギヤ３２、３３および出力回転板３６、
３７とを連結する４個の球面軸受２３の配置角度が予め
設定されている。すなわち、内燃機関３０Ａ側の球面軸
受２３は出力ギヤ３２のｂ位置、内燃機関３０Ｂ側の球
面軸受２３は出力回転板３７のｄ位置、また内燃機関３
０Ｃ側の球面軸受２３が出力回転板３６のｄ位置にあっ
て、さらに内燃機関３０Ｄ側の球面軸受２３が出力ギヤ
３３のｂ位置に配置されている。これらの球面軸受２３
は、それぞれの内燃機関３０Ａ〜３０Ｄのピストン１４
が昇降して対応する部材３２、３３、３６、３７が回転
することに伴ってａ〜ｄ位置を循環する。

【００１４】次に、図７を参照して本考案の第３の実施
例に係る内燃機関を説明する。図７に示すように、第３
の実施例の内燃機関４０は、円運動変換レバー２０の他
端部と出力ギヤ２４とを連結させる球面軸受２３に代え
て出力ギヤ２４の外縁部にベアリング４１、４２を介し
て元部が回転可能に埋め込まれた回転ピン４３を採用し
た例であり、回転ピン４３の外部に突出する先端部にピ
ン４４を介して円運動変換レバー４５が軸着されてい
る。

【００１５】以上、本考案の実施例を説明したが、本考
案はこの実施例に限定されるものではなく、要旨を逸脱
しない範囲での設計変更や動作の変更があっても本考案
に含まれる。例えば、円運動変換レバーの他端部と出力
回転体とを連結させる自在継手は、実施例のものに限定
しなくてもその他どのような構造のものでも採用でき
る。また、実施例では、４サイクルの内燃機関を示した
が、これに限定しなくても例えば２サイクルの内燃機関
などであってもよい。さらに、本考案は、ガソリン機関
に限定されなくても例えばディーゼル機関などどのよう
な品種の内燃機関にも採用できる。さらに、実施例で
は、出力回転体として出力ギヤや出力回転板を示した
が、これに限定しなくてもその形状は限定されない。そ
して、実施例では、揺動レバーと円運動変換レバーとを
軸着する回動ピンの軸線を、揺動レバーが軸着される支
持ピンの軸線に直交する位置に配置させたが、これに限
定しなくても例えば図８に示すように、揺動レバー５０
の一端部のやや中央部側を支持ピン５１との軸着位置と
し、またこの軸着位置と異なる揺動レバー５０の一端部
を回動ピン５２との軸着位置とすることもできる。

【００１６】

【考案の効果】請求項１記載の内燃機関においては、こ
のようにコンロッドがピストンの往復動に伴って往復動
するだけでほとんど揺動はしないので、長ストロークの
内燃機関を造ることが可能になり、簡単に燃料を完全燃
焼できると共に、低速で比較的大きなトルクを得ること
ができる。また、従来のクランクシャフト式のもので
は、クランクシャフトの回動半径の大径化に伴いクラン
クケースが全体的に非常に大きくなってしまうが、本考
案の内燃機関では、揺動レバー、円運動変換レバーおよ
び出力ギヤなどが比較的コンパクトにまとめられ、また
従来の内燃機関に比べてピストンの爆発推力のロスも少
なく、コンロッド、揺動レバーを通して円運動変換レバ
ーにより回転力に円滑に変換されて振動が減少する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の第１の実施例に係る内燃機関の断面図
である。

【図２】前記内燃機関に使用される出力回転体を用いて
の内燃機関の作動行程を示す説明図である。

【図３】図１のＳ−Ｓ断面図である。

【図４】前記内燃機関の要部拡大断面図である。

【図５】本考案の第２の実施例に係る４気筒内燃機関の
概略平面図である。

【図６】前記内燃機関に使用される出力回転体を用いて
の内燃機関の作動行程を示す説明図である。

【図７】本考案の第３の実施例に係る内燃機関の要部拡
大断面図である。

【図８】本考案の他の実施態様に係る内燃機関の要部拡
大平面図である。

【図９】従来手段に係る内燃機関の断面図である。

【符号の説明】

１０ 内燃機関 １１ シリンダ １２ ウォータジャケット １３ 下部ケース １４ ピストン １５ ピン １６ コンロッド １７ 揺動レバー １８ ピン １９ 支持ピン １９ａ レバーガイド ２０ 円運動変換レバー ２１ 軸着片 ２２ 回動ピン ２３ 球面軸受 ２３ａ 球部 ２３ｂ グリップ部 ２４ 出力ギヤ ２５ 小径ギヤ ２６ 出力軸 ３０ 内燃機関 ３０Ａ 内燃機関 ３０Ｂ 内燃機関 ３０Ｃ 内燃機関 ３０Ｄ 内燃機関 ３１ 軸受 ３２ 出力ギヤ ３３ 出力ギヤ ３４ 軸受 ３５ 連結シャフト ３６ 出力回転板 ３７ 出力回転板 ４０ 内燃機関 ４１ ベアリング ４２ ベアリング ４３ 回転ピン ４４ ピン ４５ 円運動変換レバー ５０ 揺動レバー ５１ 支持ピン ５２ 回動ピン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−20528（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダ内を往復動するピストンと、該
   ピストンに一端部が軸着されたコンロッドと、該コンロ
   ッドの他端部に一端部が軸着されて、該コンロッドの往
   復動運動を他端部側の支点を中心とした揺動運動に変換
   する揺動レバーと、該揺動レバーの他端部に、該揺動レ
   バーの揺動方向に直交する方向にのみ回動可能に一端部
   が軸着された円運動変換レバーと、自在継手を介して前
   記円運動変換レバーの他端部が連結された出力回転体と
   を備えたことを特徴とする内燃機関。