JP4845989B2 - engine - Google Patents
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Description
本発明は、従来の往復式内燃機関におけるクランクシャフトを廃し、ピストンの往復運動をギヤを用いて回転運動に変換するレシプロ式エンジンに関するものである。 The present invention relates to a reciprocating engine that eliminates a crankshaft in a conventional reciprocating internal combustion engine and converts a reciprocating motion of a piston into a rotational motion using a gear.
従来、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の往復式内燃機関(レシプロエンジン)においては、シリンダ内を摺動するピストンの往復運動を、コネクティングロッド(コンロッド)を介してクランクシャフトの回転運動に変換し、燃料の爆発によるエネルギーを回転力として取り出している。 Conventionally, in a reciprocating internal combustion engine (reciprocating engine) such as a gasoline engine or a diesel engine, a reciprocating motion of a piston sliding in a cylinder is converted into a rotational motion of a crankshaft via a connecting rod (connecting rod), The energy from the explosion is extracted as rotational force.
このクランクシャフトを用いたピストンの往復動の回転運動への変換(クランク手段)は、クランクシャフトが重く高価なだけでなく、滑らかな回転を得るためのバランスウェイトやバランスウェブ等を設ける必要があり、エンジンスペースや変換効率の点からも、これに代わる変換機構が種々検討されている。 In order to convert the reciprocating motion of the piston using this crankshaft into a rotational motion (crank means), the crankshaft is not only heavy and expensive, but it is necessary to provide a balance weight, a balance web, etc. to obtain a smooth rotation Various conversion mechanisms have been studied in view of engine space and conversion efficiency.
例えば、エンジン出力軸の周りに配置したカムの周囲に、このカムのカム面に沿って上下動するピストンを配設したカム式エンジン(特許文献1,2)や、出力軸の周りに配置されて偏心運動する回転盤により、この回転盤の周囲に星形に配設されたピストンを往復動させるエンジン(特許文献3)が提案されている。
For example, a cam engine (
また、偏心カム溝を有するビスカス円盤をエンジン出力軸と同心状に固定し、コネクティングロッドの大端部をこの偏心カム溝に係合したエンジン(特許文献4)や、コネクティングロッドの端部を、十字軸受や球面軸受に繋がる揺動部材で支持したエンジン(特許文献5,6)等も検討されている。
In addition, an engine (Patent Document 4) in which a viscous disc having an eccentric cam groove is fixed concentrically with the engine output shaft and a large end portion of the connecting rod is engaged with the eccentric cam groove, or an end portion of the connecting rod is provided. An engine (
さらに、ピストンの往復動を歯車機構(ギヤ)を用いて回転動に変換する構造(変換手段)として、例えば、リング状の内歯歯車の内周を噛合しながら転動する小歯車に、ピストンに繋がるコネクティングロッドの大端部を軸支したエンジン(特許文献7,8)や、エンジン出力軸の周りに配置された小歯車と、この小歯車の周りを噛合しながら偏心するリング状の内歯歯車(大歯車)により、円盤状の受転体の周りに配設された円環状の円枢体に偏心して軸支されたピストンを往復動させるエンジン(特許文献9)が提案されている。
Furthermore, as a structure (converting means) for converting the reciprocating motion of the piston into a rotational motion using a gear mechanism (gear), for example, a small gear that rolls while meshing the inner periphery of a ring-shaped internal gear, An engine (
そして、他にも、エンジンの出力軸に嵌合された一方のギヤと、距離を開けて配置された他方のギヤの間に掛け渡されたチェーンに、コネクティングロッドの大端部を支持させたエンジン(特許文献10)や、平歯車に噛合して互いに逆回転する2つの間欠歯車により、ピストンの往復動を出力軸の回転動に変換するエンジン(特許文献11)、あるいは、エンジン出力軸に固着された大歯車(間欠歯)の回転により、この出力軸周りの接線方向に配置されたシリンダ内のピストンを往復動させるエンジン(特許文献12)等が提案されている。 In addition, the large end of the connecting rod is supported by a chain that is spanned between one gear fitted to the output shaft of the engine and the other gear arranged at a distance. The engine (Patent Document 10), the engine (Patent Document 11) that converts the reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the output shaft by two intermittent gears that mesh with the spur gear and rotate in reverse to each other, or the engine output shaft There has been proposed an engine (Patent Document 12) that reciprocates a piston in a cylinder disposed in a tangential direction around the output shaft by rotation of a fixed large gear (intermittent teeth).
なお、その他にも、クランクシャフトおよびピストンを用いない内燃機関として、繭型のロータハウジングと三角形のロータからなるロータリエンジンが実用化されているのは、良く知られている。 In addition, as an internal combustion engine that does not use a crankshaft and a piston, it is well known that a rotary engine composed of a saddle type rotor housing and a triangular rotor has been put into practical use.
しかしながら、上記レシプロエンジンにおける、クランクシャフトを使用せずピストンの往復動を回転運動に変換する従来の試み(変換手段)は、種々の問題から、ロータリエンジンを除いて実用化の域に達しておらず、普及していないのが現状である。また、現在の自動車市場においては、より軽量かつコンパクトで、省燃費のエンジンが求められている。 However, the conventional attempts (converting means) for converting the reciprocating motion of the piston into the rotational motion without using the crankshaft in the above-mentioned reciprocating engine have not yet reached the practical use area except for the rotary engine. The current situation is not widespread. In the current automobile market, there is a demand for a lighter, more compact and fuel-efficient engine.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、複雑で高価なクランクシャフトを用いることなく、ピストンの往復動を効率的に回転運動に変換することのできる新規なエンジンの提供をその目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a novel engine capable of efficiently converting the reciprocating motion of a piston into a rotational motion without using a complicated and expensive crankshaft. Objective.
上記の目的を達成するために、本発明は、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、ピンを介して上記ピストンに一端部が揺動自在に連結された連結手段と、この連結手段の他端部に接続されて出力軸に回転動を与える変換手段とを有するエンジンであって、上記変換手段として、上記出力軸に嵌合固定されたピニオンギヤと、このピニオンギヤに噛合してその周りを偏心しながら周回する内歯リングギヤと、この内歯リングギヤの内側に配置され、上記ピニオンギヤに噛合しつつ該ピニオンギヤの周りを公転する第1プラネタリギアと、この第1プラネタリギアと上記内歯リングギヤとの間に配置され、これら第1プラネタリギアと内歯リングギヤに噛合しつつ上記ピニオンギヤを中心とする軌道上を公転する第2プラネタリギアと、一端側が上記出力軸に回転自在に嵌合され、他端側が上記各プラネタリギアを所定の間隔で軸支する支持部材とを備え、上記内歯リングギヤの外周面あるいは端面に設けられた接続部に、上記連結手段の他端部が接続されているエンジンを第1の要旨とする。 In order to achieve the above object, the present invention includes a cylinder, a piston that reciprocates in the cylinder, a connecting means having one end pivotably connected to the piston via a pin, and the connecting means. An engine having a converting means connected to the other end of the output shaft for rotating the output shaft, the pinion gear fitted and fixed to the output shaft as the converting means, and the pinion gear meshing with the pinion gear. An internal ring gear that circulates while decentering, a first planetary gear that is disposed inside the internal ring gear and revolves around the pinion gear while meshing with the pinion gear, and the first planetary gear and the internal ring gear The second planetary revolving on the track centering on the pinion gear while meshing with the first planetary gear and the internal ring gear. And one end side is rotatably fitted to the output shaft, and the other end side is provided with a support member that pivotally supports the planetary gears at a predetermined interval. An engine in which the other end of the connecting means is connected to the connecting portion is a first gist.
また、同じ目的を達成するために、本発明は、シリンダと、このシリンダ内を往復動するピストンと、ピンを介して上記ピストンに一端部が揺動自在に連結された連結手段と、この連結手段の他端部に接続されて出力軸に回転動を与える変換手段とを有するエンジンであって、上記変換手段として、上記出力軸に嵌合固定されたピニオンギヤと、上記出力軸の軸方向に幅広のリング状で、かつ、その内周面に上記ピニオンギヤに噛合する内歯が形成され、その外周面における軸方向両端部の領域に外歯がそれぞれ形成され、この外周面における軸方向中央部の領域に上記連結手段との接続部が形成されて、上記ピニオンギヤに噛合して該ピニオンギヤの周りを偏心しながら周回する内外歯リングギヤと、この内外歯リングギヤの各外歯に噛合しつつ該内外歯リングギヤの周りを公転する2つのガイドギヤと、一端側が上記出力軸に回転自在に嵌合され、他端側が上記各ガイドギヤを内外歯リングギヤの外歯に噛合した状態でそれぞれ軸支する支持部材とを備え、上記内外歯リングギヤの外周面に設けられた接続部に、上記連結手段の他端部が接続されているエンジンを第2の要旨とする。 In order to achieve the same object, the present invention includes a cylinder, a piston that reciprocates in the cylinder, a connecting means having one end pivotably connected to the piston via a pin, An engine having a conversion means connected to the other end of the means and imparting rotational movement to the output shaft, the conversion means as a pinion gear fitted and fixed to the output shaft, and an axial direction of the output shaft A wide ring-shaped inner tooth is formed on the inner circumferential surface of the pinion gear, and outer teeth are formed in both axial end regions of the outer circumferential surface. A connecting portion with the coupling means is formed in the region, and meshes with the pinion gear and meshes with the external teeth of the internal and external tooth ring gears rotating around the pinion gear while being eccentric. While the two guide gears revolving around the inner and outer tooth ring gears, one end side is rotatably fitted to the output shaft, and the other end side is pivotally supported with the guide gears engaged with the outer teeth of the inner and outer tooth ring gears. An engine having a support member and having the other end of the coupling means connected to a connecting portion provided on the outer peripheral surface of the inner and outer toothed ring gear is a second gist.
すなわち、本発明者は、前記課題を解決するために鋭意研究を重ね、その結果、クランク手段に代わる往復−回転変換機構として、出力軸に固定された小径の外歯歯車と、その周囲で偏心運動する大径の内歯歯車を組み合わせ、この内歯歯車の偏心運動を安定して支持できるギヤ構造を付与することにより、クランクシャフトの回転変換機能を代替できることを見出し、本発明に到達した。 That is, the present inventor has intensively studied to solve the above problems, and as a result, as a reciprocation-rotation conversion mechanism replacing the crank means, a small-diameter external gear fixed to the output shaft, and an eccentricity around the outer gear. The present inventors have found that the rotation conversion function of the crankshaft can be replaced by combining a large-diameter internal gear that moves and providing a gear structure that can stably support the eccentric motion of the internal gear.
本発明は、以上のような知見にもとづきなされたものであり、本発明のエンジンは、ピストンの往復動に起因する連結手段の上下動が、リングギヤの偏心運動に変換され、このリングギヤの偏心運動が、出力軸に固定されたピニオンギヤに伝達されることにより、燃料の爆発によるエネルギーを回転力として効率良く取り出すことができる。また、重く高価なクランクシャフトを用いないため、エンジンの軽量化およびコストダウンを達成することができる。 The present invention has been made on the basis of the above knowledge. In the engine of the present invention, the vertical movement of the connecting means caused by the reciprocating movement of the piston is converted into the eccentric movement of the ring gear. However, by being transmitted to the pinion gear fixed to the output shaft, energy from the explosion of the fuel can be efficiently extracted as a rotational force. In addition, since a heavy and expensive crankshaft is not used, it is possible to reduce the weight and cost of the engine.
また、本発明において、そのなかでも、上記連結手段が、上記リングギヤの接続部を延設して該リングギヤと一体に形成され、その接続部の先端部に、上記ピストンが連結されているものは、エンジンの部品点数を減らすことができ、好適である。しかも、上記連結手段がリングギヤと一体になっているエンジンは、従来のクランクシャフトとコネクティングロッドの接続点(クランクピン)のように、ピストンの往復動による力を一点で受けることなく、応力を分散することができるという利点を有する。 Further, in the present invention, among them, the connecting means is formed integrally with the ring gear by extending the connecting portion of the ring gear, and the piston is connected to the tip of the connecting portion. The number of engine parts can be reduced, which is preferable. Moreover, the engine in which the connecting means is integrated with the ring gear distributes stress without receiving the force due to the reciprocating movement of the piston at one point, unlike the connecting point (crank pin) of the conventional crankshaft and connecting rod. Has the advantage of being able to.
そして、本発明において、そのなかでも、特に、上記リングギヤから延設された接続部のリングギヤ側基部が、このリングギヤの外周面の一部を円周方向に覆う弧状に形成されているものは、上記ピストンの往復動による応力を、広範囲にわたるリングギヤの外周面で分散して支持することができ、好ましい。 And in the present invention, among them, in particular, the ring gear side base portion of the connection portion extended from the ring gear is formed in an arc shape covering a part of the outer peripheral surface of the ring gear in the circumferential direction. The stress due to the reciprocating motion of the piston can be dispersed and supported on the outer peripheral surface of the ring gear over a wide range, which is preferable.
つぎに、本発明の実施の形態を、図面にもとづいて詳しく説明する。ただし、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。 Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to this embodiment.
図1は、本発明の第1実施形態におけるエンジンの概略構成を示す斜視図である。また、図2〜図5は、本発明の第1実施形態におけるエンジンの構成を示す出力軸に直交する方向の断面図であり、図6は、図1および図2のエンジンの出力軸方向の断面図である。なお、これらの図では、エンジンの運転に必要な燃料噴射装置や吸排気弁の駆動装置等の給排気手段、空燃費制御や点火制御等を行なう制御手段、および、潤滑手段や冷却手段等の図示を省略している。 FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of an engine according to the first embodiment of the present invention. 2 to 5 are cross-sectional views in the direction orthogonal to the output shaft showing the configuration of the engine in the first embodiment of the present invention. FIG. 6 is a view of the engine in the output shaft direction of FIGS. It is sectional drawing. In these figures, a fuel injection device and intake / exhaust valve drive devices required for engine operation, control means for performing air-fuel ratio control, ignition control, etc., lubrication means, cooling means, etc. The illustration is omitted.
本実施形態におけるエンジンは、車両等に搭載されるレシプロエンジンであり、シリンダ10内に往復運動可能に配置されたピストン11が2往復(4ストローク)する間に、吸気工程−圧縮工程−(点火)−膨張工程−排気工程からなる一連の工程を行なう、いわゆる4サイクルエンジンである。
The engine in the present embodiment is a reciprocating engine mounted on a vehicle or the like, and while the
そして、このエンジンは、図2から図3,図4,図5の状態にかけて順次回転し、その回転がまた図2の状態から継続して繰り返される。したがって、図2はシリンダ10内のピストン11が最も上昇した状態(上死点)を表し、図4はシリンダ10内のピストン11が最も下降した状態(下死点)を表す。なお、図中の太線矢印は連結手段としての「内歯リングギヤ3の接続部3b」が動く方向を示し、白抜き矢印は各ギヤの動く方向を示す。また、図中の符号Rは、上記連結手段のリングギヤ3側基部の中央を示すものであるとともに、このリングギヤ3の偏心運動によるリングの変位量を代表する最大変位点である(以下同じ)。
The engine rotates sequentially from the state shown in FIGS. 2 to 3, 4, and 5, and the rotation is continuously repeated from the state shown in FIG. 2. Therefore, FIG. 2 represents a state in which the
このエンジンのシリンダ10内には、円筒形状のシリンダボアが形成されており、その上部が燃焼室13となっている。この燃焼室13の上側(シリンダヘッド部)には、シリンダ10内の燃料−空気混合気体(混合気)に着火する点火プラグ14と、このシリンダ10内に混合気を供給する吸気ポート(吸気弁15)と、燃焼後の混合気を排気する排気ポート(排気弁16)が設けられている。そして、図中の符号1は出力軸、12はピストンピン、17は従来のクランクケースに相当するギヤケースである。
A cylindrical cylinder bore is formed in the
本実施形態におけるエンジンの特徴は、ピストン11の往復動を回転運動に変換する変換手段として、従来のようなクランクシャフト(クランク手段)を用いていない点である。本実施形態のエンジンは、この往復動−回転動変換手段として、出力軸1に嵌合された小径のピニオンギヤ2と、このピニオンギヤ2に噛合しながらその周りを周回する大径の内歯リングギヤ3と、この内歯リングギヤ3の上記ピニオンギヤ2周りの偏心運動を支持する第1プラネタリギア4および第2プラネタリギア5と、これら各プラネタリギア4,5を軸支する支持板6(支持部材)とからなる変換機構が形成されている。
A feature of the engine in the present embodiment is that a conventional crankshaft (crank means) is not used as a conversion means for converting the reciprocating motion of the
ピニオンギヤ2は、外周面に所定形状の外歯が形成された外歯歯車であり、その内周の貫通穴は、上記出力軸1の外径と略同じ径に形成されている。そして、出力軸1の外周に嵌合された後、図示しないキー等により、この出力軸1に対して回転不能に固定されている。
The
内歯リングギヤ3は、図1のように、リング状の環状部3aと、この環状部3aの外周面から突出するように延設された三角板状(Δ形)の接続部3b(連結手段)から構成されている。この環状部3aの内周面には、上記ピニオンギヤ2の外歯と噛合する形状の内歯が形成されており、このピニオンギヤ2周りの偏心運動を可能にしている。
As shown in FIG. 1, the
また、上記接続部3bは、ピストン11のピストンピン12にまで到達する形状に形成されており、その先端部3cに設けられた貫通孔に上記ピストンピン12を挿通させることによって、ピストン11の往復動(上下動)を支承している。なお、これら環状部3aと接続部3bとは、鋳造等により一体に形成されているため、この接続部3bの環状部3a側基部3dは、上記環状部3aの外周面の一部を覆う弧状となっている(図1および図2を参照)。
The connecting
第1プラネタリギア4と第2プラネタリギア5とは、外周面に所定形状の外歯が形成された外歯歯車であり、その内周の貫通穴に、後述する支持板6に固定された棒状部材(ピン:符号6a,6b 図6参照)を挿通することによって、この支持板6に回転自在に軸支されている。なお、これらプラネタリギア4,5は、第1プラネタリギア4が上記ピニオンギヤ2と第2プラネタリギア5に噛合するように、第2プラネタリギア5が上記内歯リングギヤ3と第1プラネタリギアに噛合するように組み付けられており、上記ピニオンギヤ2の回転および上記内歯リングギヤ3のピニオンギヤ2周りの偏心運動に、同期(同調)して回転するように構成されている。
The first
上記第1プラネタリギア4および第2プラネタリギア5を軸支する支持板6は、金属板等からなる略長方形状であり、その長手方向の一端側(固定側)には、上記出力軸1の外径より若干大きな径の穴が形成され、その他端側(回転側)には、先に述べた第1,第2プラネタリギア4,5を軸支する各ピン6a,6bを所定の間隔で固定するための小穴が二つ設けられている。そして、上記一端側の穴が上記出力軸1に挿通され、この出力軸1に対して回転自在に嵌合されることにより、上記第1プラネタリギア4および第2プラネタリギア5のピニオンギヤ2(出力軸1)周りの公転と、これら各プラネタリギア4,5の上記内歯リングギヤ3の偏心運動に同期した回転とを、同時に可能にしている。
The
つぎに、上記構成のエンジンの動作について説明する。
このエンジンでは、ピストン11がシリンダ10内を下降することで、吸気ポート(吸気弁15)等を介して燃焼室13内に混合気が吸入される(吸気行程:図2→図3→図4)。そして、このピストン11が吸気行程下死点(図4)を経て、シリンダ10内を上昇することで混合気が圧縮される(圧縮行程:図4→図5→図2)。
Next, the operation of the engine having the above configuration will be described.
In this engine, when the
ピストン11が圧縮行程上死点(図2)付近に近づくと、点火プラグ14により混合気に点火され、この混合気が燃焼して、その燃焼圧力によりピストン11を下降させる(膨張行程:再び図2→図3→図4)。燃焼後の混合気は、ピストン11が膨張行程下死点(図4)を経て、吸気行程上死点(図2)に向かって再び上昇することで、排気ポート(排気弁16)等を介して排気ガスとして大気中へ放出される(排気行程:再び図4→図5→図2)。
When the
この時、上記ピストン11のシリンダ10内での往復運動は、内歯リングギヤ3の接続部3bを介して環状部3aに伝達され、該内歯リングギヤ3のピニオンギヤ2周りの偏心運動(周回)に変換される。また、この内歯リングギヤ3の偏心に起因するピニオンギヤ2の回転は、その内周に位置する出力軸1に伝達され、エンジンの出力として取り出すことができる。
At this time, the reciprocating motion of the
また、ピストン11は、上記内歯リングギヤ3を含むギヤ機構(往復動−回転動変換手段)が慣性力によりさらに回転することで、この内歯リングギヤ3の回転に伴ってシリンダ10内を往復し続ける。そして、内歯リングギヤ3がピニオンギヤ2の周りを2周することでピストン11が2往復(4ストローク)し、この間に吸気行程,圧縮行程,膨張行程,排気行程からなる一連の4行程(4サイクル)が行なわれ、燃焼室13内で1回の点火爆発が行われる。
Further, the
図7は、上述のような、本実施形態におけるピストン11の往復動と内歯リングギヤ3の偏心運動、および、内歯リングギヤ3の接続部3b(連結手段)の動きの関係を模式的に表した図である。
FIG. 7 schematically shows the relationship between the reciprocating motion of the
この図において、点P0〜P3は、ピストン11のピストンピン12の中心および連結手段(内歯リングギヤ3の接続部3b)の先端部3cを示す点であり、このピストン11の動き(上下動の軌跡)を表す。また、点R0〜R3は、上記連結手段(内歯リングギヤ3の接続部3b)の基部の中央および内歯リングギヤ3の最大変位点を示す点であり、この内歯リングギヤ3の偏心運動の軌跡を表す。また、点Oは、出力軸1およびピニオンギヤ2の回転中心を示す点であり、点A0〜A3および点B0〜B3はそれぞれ、第1プラネタリギア4および第2プラネタリギア5の自転中心を示す点であり、これらプラネタリギア4,5のピニオンギヤ2周りの公転軌道を表すものである。なお、P0,P1,P2,P3のような、各点符号の下付き添字0,1,2,3はそれぞれ、上記図2(上死点),図3,図4(下死点),図5の状態に相当する(以下も同様)。
In this figure, points P 0 to P 3 are points indicating the center of the
この図から分かるように、連結手段として、上記リングギヤ接続部3bの先端部3cがピストン11のピストンピン12部位に連結されていることから、例えば、図2(上死点:R0)の状態で、燃焼室13内での混合気の燃焼による燃焼圧力をピストン11および接続部3bを介して受けた内歯リングギヤ3は、回転せずに図示右方への変位(偏心:R0→R1→R2)を始め、その変位にしたがってピニオンギヤ2および出力軸1に回転を与える。
As can be seen from this figure, since the
また、図4(下死点:R3)の状態を経過した後は、同様に、上記リングギヤ接続部3bの先端部3cがピストン11のピストンピン12部位に連結されていることから、この内歯リングギヤ3は、該内歯リングギヤ3の偏心運動の慣性および各ギヤ2,4,5の回転の慣性力により、回転せずに図示左方への変位(偏心:R2→R3→R0)を始め、その変位にしたがって、上記リングギヤ接続部3bの先端部3cに連結されたピストン11を押し上げる。
In addition, after the state of FIG. 4 (bottom dead center: R 3 ) has elapsed, the
このようにして、本実施形態におけるエンジンは、内歯リングギヤ3がピニオンギヤ2の周りを2周する間に、上記ピストン11が2往復(4ストローク)し、この間に吸気行程,圧縮行程,膨張行程,排気行程からなる一連の4行程(4サイクル)が行なわれる。なお、このエンジンは、上記内歯リングギヤ3の偏心運動によりピストン11の往復動をピニオンギヤ2の回転に変換していることから、従来のクランクシャフトを用いた変換手段(クランク手段)とその回転(偏心)半径が同じ場合、このクランク手段に比べ上記ピストン11のストローク(往復行程長)が半分になるという特徴を有する。
In this manner, in the engine according to the present embodiment, the
上記の構成により、本実施形態におけるエンジンは、複雑で高価なクランクシャフトを用いることなく、ピストン11の往復動を効率的に回転運動に変換することができる。また、重いクランクシャフトを用いないため、エンジンの軽量化およびコストダウンを達成することができる。
With the above configuration, the engine according to the present embodiment can efficiently convert the reciprocating motion of the
さらに、このエンジンは、従来のエンジンにおけるコネクティングロッド(コンロッド)が、内歯リングギヤ3の外周に三角板状(Δ形)の接続部3bとして一体に形成されているため、エンジンの部品点数を減らすことができるとともに、ピストン11の往復動に起因する力を、一点で受けることなく、応力を分散して支持することが可能になる。したがって、本実施形態におけるエンジンは、コストダウンとともに、その寿命を向上させることができる。
Further, in this engine, the connecting rod (connecting rod) in the conventional engine is integrally formed as a triangular plate-shaped (Δ-shaped) connecting
なお、本実施形態のエンジンにおける上記内歯リングギヤ3を含むギヤ機構(往復動−回転動変換手段)は、多気筒エンジン、特に直列形の多気筒エンジンの場合、クランクアームとクランクアームの間に必ずクランクピン部位を設けなければならない従来のクランクシャフトに比べ、出力軸(シャフト,ジャーナル)の軸方向長さを短く設計することができるという利点を有する。したがって、本実施形態におけるエンジンは、従来のエンジンに比べ、その出力軸方向長さを短縮し、コンパクトに構成することが可能である。
Note that the gear mechanism (reciprocation-rotation conversion means) including the
つぎに、本発明の第2実施形態について説明する。
図8〜図11は、本発明の第2実施形態におけるエンジンの構成を示す出力軸に直交する方向の断面図であり、図12は、図8のエンジンの出力軸方向の断面図である。なお、これらの図でも、第1実施形態同様、エンジンの運転に必要な燃料噴射装置や吸排気弁の駆動装置等の給排気手段、空燃費制御や点火制御等を行なう制御手段、および、潤滑手段や冷却手段等の図示を省略している。また、第1実施形態と同様の機能を有する構成部材には同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
8 to 11 are sectional views in the direction orthogonal to the output shaft showing the configuration of the engine according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 12 is a sectional view in the output shaft direction of the engine in FIG. In these figures, as in the first embodiment, supply / exhaust means such as a fuel injection device and intake / exhaust valve drive device necessary for engine operation, control means for performing air-fuel ratio control, ignition control, etc., and lubrication The means, the cooling means, etc. are not shown. Moreover, the same code | symbol is attached | subjected to the structural member which has the same function as 1st Embodiment, and the detailed description is abbreviate | omitted.
本実施形態におけるエンジンも、車両等に搭載されるレシプロエンジンであり、シリンダ10内に往復運動可能に配置されたピストン11が2往復(4ストローク)する間に、吸気工程−圧縮工程−(点火)−膨張工程−排気工程からなる一連の工程を行なう、いわゆる4サイクルエンジンである。また、ピストン11の往復動を回転運動に変換する変換手段として、従来のようなクランクシャフト(クランク手段)を用いていない点も同様である。
The engine in the present embodiment is also a reciprocating engine mounted on a vehicle or the like, and while the
本実施形態におけるエンジンには、第1実施形態におけるエンジンとは異なる、往復動−回転動変換手段が搭載されている。本実施形態のエンジンは、この変換手段として、出力軸1に嵌合された小径のピニオンギヤ2と、このピニオンギヤ2に噛合しながらその周りを周回する大径の内外歯リングギヤ7と、この内外歯リングギヤ7の上記ピニオンギヤ2周りの偏心運動を案内するガイドギア8,8と、これら各ガイドギヤ8,8を軸支する支持板9(支持部材)とからなる変換機構が形成されている。
The engine in this embodiment is equipped with a reciprocating motion-rotating motion converting means different from the engine in the first embodiment. The engine of the present embodiment includes a small-
内外歯リングギヤ7は、リング状の環状部7aと、この環状部7aの外周面から突出するように延設された三角板状(Δ形)の接続部7b(連結手段)から構成されており、その環状部7aの内周面には、第1実施形態における内歯リングギヤ3と同様、上記ピニオンギヤ2の外歯と噛合する形状の内歯が形成されており、このピニオンギヤ2周りの偏心運動を可能にしている(接続部7bの形状は、図1における接続部3bを参照)。
The internal / external
また、上記環状部7aの外周面における軸方向両側の端部7e,7eには、図12のように、各ガイドギヤ8,8と噛合する外歯がそれぞれ形成されているとともに、この外周面の軸方向中央部7fには、ピストン11のピストンピン12にまで到達する接続部7bが形成されており、その先端部7cに設けられた貫通孔に上記ピストンピン12を挿通させることによって、ピストン11の往復動(上下動)を支承している。なお、これら環状部7aと接続部7bとは、第1実施形態同様、鋳造等により一体に形成されているため、この接続部7bの環状部7a側基部7dは、上記環状部7aの外周面の一部を覆う弧状となっている。
Further, as shown in FIG. 12, external teeth meshing with the respective guide gears 8 and 8 are respectively formed at the
上記ガイドギア8は、外周面に所定形状の外歯が形成された外歯歯車であり、その内周の貫通穴に、後述する支持板9に固定された棒状部材(ピン:符号9a 図12参照)を挿通することによって、これら各支持板9,9に回転自在に軸支されている。なお、これらガイドギヤ8,8は、上記内外歯リングギヤ7に噛合したままピニオンギヤ2の周りを公転するため、上記内外歯リングギヤ7の偏心にしたがって、図8→図9→図10→図11のようにその位置を変える。そのため、これらガイドギヤ8,8は、上記内外歯リングギヤ7の偏心運動を案内するとともに、この偏心運動(回転)のバランスをとるバランサの役割も奏する。
The
上記ガイドギヤ8を軸支する支持板9は、金属板等からなる略長方形状であり、その長手方向の一端側(固定側)には、上記出力軸1の外径より若干大きな径の穴が形成され、その他端側(回転側)には、先に述べたガイドギヤ8を軸支するピン9aを固定するための小穴が設けられている。そして、上記一端側の穴が上記出力軸1に挿通され、この出力軸1に対して回転自在に嵌合されることにより、上記内外歯リングギヤ7の偏心運動に同期した、上記ガイドギヤ8のピニオンギヤ2周りの公転を可能にしている。
The
上記構成のエンジンにおいても、内外歯リングギヤ7がピニオンギヤ2の周りを2周することでピストン11が2往復(4ストローク)し、この間に吸気行程,圧縮行程,膨張行程,排気行程からなる一連の4行程(4サイクル)が行なわれ、燃焼室13内で1回の点火爆発が行われる。
Also in the engine having the above-described configuration, the internal and external
この時、上記ピストン11のシリンダ10内での往復運動は、内外歯リングギヤ7の接続部7bを介して環状部7aに伝達され、該内外歯リングギヤ7のピニオンギヤ2周りの偏心運動(周回)に変換される。そして、この内外歯リングギヤ7の偏心に起因するピニオンギヤ2の回転は、その内周に位置する出力軸1に伝達され、エンジンの出力として取り出すことができるとともに、上記ピストン11は、内外歯リングギヤ7を含むギヤ機構(往復動−回転動変換手段)が慣性力によりさらに回転することで、この内外歯リングギヤ7の回転に伴ってシリンダ10内を往復し続け、その運転を継続することができる。
At this time, the reciprocating motion of the
図13は、上述のような、本実施形態におけるピストン11の往復動と内外歯リングギヤ7の偏心運動、および、内外歯リングギヤ7の接続部7b(連結手段)の動きの関係を模式的に表した図である。
FIG. 13 schematically shows the relationship between the reciprocating motion of the
前記第1実施形態における図6と同様、この図において、点P0〜P3は、ピストンピン12の中心および連結手段(接続部7b)の先端部7cを示す点であり、このピストン11の動き(上下動の軌跡)を表す。また、点R0〜R3は、上記連結手段(接続部7b)の基部の中央および内外歯リングギヤ7の最大変位点を示す点であり、この内外歯リングギヤ7の偏心運動の軌跡を表す。また、点Oは、出力軸1およびピニオンギヤ2の回転中心を示す点であり、点C0〜C3はガイドギヤ8の自転中心を示す点であり、このガイドギヤ8のピニオンギヤ2周りの公転軌道を表すものである。なお、各点符号の下付き添字0,1,2,3はそれぞれ、上記図8(上死点),図9,図10(下死点),図11の状態に相当する(以下も同様)。
As in FIG. 6 in the first embodiment, in this figure, points P 0 to P 3 are points indicating the center of the
この図においても、連結手段として、上記リングギヤ接続部7bの先端部7cがピストン11のピストンピン12部位に連結されていることから、例えば、図8(上死点:R0)の状態で、燃焼室13内での混合気の燃焼による燃焼圧力をピストン11および接続部7bを介して受けた内外歯リングギヤ7は、回転せずに図示右方への変位(偏心:R0→R1→R2)を始め、その変位にしたがってピニオンギヤ2および出力軸1に回転を与える。
Also in this figure, since the
また、図10(下死点:R3)の状態を経過した後は、同様に、上記リングギヤ接続部7bの先端部7cがピストン11のピストンピン12部位に連結されていることから、この内外歯リングギヤ7は、該内外歯リングギヤ7の偏心運動の慣性および各ギヤ2,8の回転の慣性力により、回転せずに図示左方への変位(偏心:R2→R3→R0)を始め、その変位にしたがって、上記リングギヤ接続部7bの先端部7cに連結されたピストン11を押し上げる。
Further, after the state of FIG. 10 (bottom dead center: R 3 ) has elapsed, the
このようにして、本実施形態におけるエンジンも、内外歯リングギヤ7がピニオンギヤ2の周りを2周する間に、上記ピストン11が2往復(4ストローク)し、この間に吸気行程,圧縮行程,膨張行程,排気行程からなる一連の4行程(4サイクル)が行なわれる。なお、このエンジンも、上記内外歯リングギヤ7の偏心運動によりピストン11の往復動をピニオンギヤ2の回転に変換していることから、従来のクランクシャフトを用いた変換手段(クランク手段)とその回転(偏心)半径が同じ場合、このクランク手段に比べ上記ピストン11のストローク(往復行程長)が半分になるという特徴を有する。
In this way, in the engine according to the present embodiment as well, the
上記の構成によって、本実施形態におけるエンジンも、複雑で高価なクランクシャフトを用いることなく、ピストン11の往復動を効率的に回転運動に変換することができる。また、重いクランクシャフトを用いないため、エンジンの軽量化およびコストダウンを達成することができる。
With the configuration described above, the engine in the present embodiment can also efficiently convert the reciprocating motion of the
さらに、このエンジンは、従来のエンジンにおけるコネクティングロッド(コンロッド)が、内外歯リングギヤ7の外周に三角板状(Δ形)の接続部7bとして一体に形成されているため、エンジンの部品点数を減らすことができるとともに、ピストン11の往復動に起因する力を、一点で受けることなく、応力を分散して支持することが可能になる。したがって、本実施形態におけるエンジンは、コストダウンとともに、その寿命を向上させることができる。
Further, in this engine, the connecting rod (connecting rod) in the conventional engine is integrally formed as a triangular plate-shaped (Δ-shaped) connecting
なお、上記二つの実施形態においては、ピストン11と各リングギヤ3,7の間の連結手段として、これらリングギヤ3,7の外周面から延設された三角板状の接続部3b,7cを用いたが、これら接続部3b,7cに代えて、上記各リングギヤ3,7の外周面に、ピンを挿通することのできる穴を有する耳状凸部を設け、従来と同様の形状のコネクティングロッド(コンロッド)を用いて、この凸部の穴に挿通したピンと上記ピストンピン12とで連結してもよい。
In the above-described two embodiments, the connecting
また、上記実施形態では、4サイクルのレシプロエンジンの一気筒のみに関して例示したが、本発明は、4サイクルエンジン,2サイクルエンジン,ディーゼルエンジン等、ピストンの往復動を回転出力に変換するどのような形式の多気筒エンジンにも適用することができる。 In the above embodiment, only one cylinder of a 4-cycle reciprocating engine is illustrated. However, the present invention is applicable to any type of piston that reciprocates a piston, such as a 4-cycle engine, a 2-cycle engine, and a diesel engine. It can also be applied to multi-cylinder engines of the type.
本発明のエンジンは、車両用や農業機械用等、軽量かつコンパクトで低燃費が求められる機器に搭載されるエンジンに適する。 The engine of the present invention is suitable for an engine mounted on equipment that is lightweight, compact, and requires low fuel consumption, such as for vehicles and agricultural machinery.
1 出力軸
2 ピニオンギヤ
3 内歯リングギヤ
4 第1プラネタリギア
5 第2プラネタリギア
6 支持板
10 シリンダ
11 ピストン
1
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