JPH06337013A - Eccentric crank - Google Patents

Eccentric crank

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JPH06337013A
JPH06337013A JP16308293A JP16308293A JPH06337013A JP H06337013 A JPH06337013 A JP H06337013A JP 16308293 A JP16308293 A JP 16308293A JP 16308293 A JP16308293 A JP 16308293A JP H06337013 A JPH06337013 A JP H06337013A
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JP
Japan
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crank
torque
eccentric
roller bearing
point
Prior art date
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Pending
Application number
JP16308293A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuhiro Kanao
満博 金尾
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Individual
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  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide a crank by which a positive torque is generated all in the expansion stroke. CONSTITUTION:As a method for generating a positive torque all in a crank 1, a roller bearing 3 using a split bush 4 as a crank pin or a half roller bearing is used, and when the outside diameter of the crank pin is enlarged, necessarily the crank becomes eccentric so that all positive torque is generated. An internal combustion engine formed by the eccentric crank is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】ピストン式内燃機関に関するもの
である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a piston type internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来内燃機関の回転トルクを得る機素は
主としてクランクが使用されている。このクランクが画
く円軌道によって発生する回転トルクについての詳細な
文献は見出せないので先ず回転トルクについて検討す
る。図1、図2に示すように右上半弦に於ていクランク
が右廻りすると假定すると上死点A点では円軌道Rが抵
抗になりトルクは零である。次にθ角30°のB点の圧
力線Pは円軌道を支点としてすべて円軌道より外方に働
き抵抗の多くは合成力となって回転トルクに参加され
る。従って接線C点に至る間に生ずるトルクはC点に至
る程増大して圧力線Pと円軌道の接線Cで最大となり負
のトルクは発生しない。一方上半弦のB点と同垂線下に
ある下半弦のE点に掛る圧力線は内接する円軌道が抵抗
となって円軌道内では発散できない形で阻止され、下死
点Fの阻止力が100%とするとE点の阻止力は90%
ぐらい働くことになる。この阻止力は逆にD点に至る程
弱くなるがすべて回転トルクに対しO−E間に引張り力
をともなった制動力が働く。次に円軌道を画いて回転し
ているクランクの速度条件を考慮すると上死点からD点
に至るまでの円軌道は加速側であり、D点から下死点F
に至るまでの円軌道は減速側である。従って加速側の回
転トルクの発生は燃焼爆発による衝撃力を受ける場合の
回転トルク線図であるに対し、減速側は作図ではトルク
が発生していることになっているがこの回転トルクは下
死点に至るまで減速しながら回転しているのであるから
余り有効な回転トルクにはならない。
2. Description of the Related Art Conventionally, a crank is mainly used as the element for obtaining the rotational torque of an internal combustion engine. Since no detailed literature can be found on the rotational torque generated by the circular orbit drawn by the crank, the rotational torque will be examined first. As shown in FIGS. 1 and 2, if the crank turns clockwise in the upper right half-string, the circular orbit R becomes a resistance at the top dead center point A and the torque is zero. Next, the pressure line P at the point B with the θ angle of 30 ° all works outward from the circular orbit with the circular orbit as a fulcrum, and most of the resistance becomes a combined force and participates in the rotational torque. Therefore, the torque generated up to the tangent line C point increases until reaching the C point and becomes maximum at the pressure line P and the tangent line C of the circular orbit, and no negative torque is generated. On the other hand, the pressure line from the point B on the upper half-string to the point E on the lower half-string, which is perpendicular to the point B, is blocked by the inscribed circular orbit in a non-divergent manner inside the circular orbit, and the bottom dead center F is blocked. If the force is 100%, the stopping power at point E is 90%
I will work around. On the contrary, this blocking force becomes weaker as far as the point D, but the braking force accompanied by the tensile force acts between O and E with respect to the rotational torque. Next, considering the speed condition of the rotating crank that draws a circular orbit, the circular orbit from top dead center to point D is on the acceleration side, and point D to bottom dead center F
The circular orbit leading up to is on the deceleration side. Therefore, while the rotational torque on the acceleration side is the rotational torque diagram when the impact force due to combustion explosion is received, the torque is generated on the deceleration side in the drawing. Since it is rotating while decelerating to the point, the rotation torque is not so effective.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】クランクが画く円軌道
の回転トルクを阻害する下半弦の問題を解決するのが本
発明の課題である。ところが下半弦の問題と云っても下
半弦の問題を解決するに至った経緯はトルクの解明をし
ている最中にトルクの発生につながる支点はクランクピ
ンの中心点ではなくピストン側つまり上半弦側であり、
クランクピンの外周に移動するトルクの発生上重要な支
点があることを発見し、ここでこのピストンピンの外周
の移動する支点を重点にして作図しているとクランクの
出力軸の中心とクランクピンの外周との間隔を拡げるつ
まりクランクをエキセントリック化しなければならない
ことがわかり続いてエキセントリック化することにより
クランクピンの拡大化、拡大による摩擦の問題、拡大を
防ぐ問題、組立ての問題等多くの問題が課題となり、こ
れ等の多くの課題を乗り越えてようやく本発明に至った
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to solve the problem of the lower half-string which impedes the rotational torque of the circular orbit delineated by the crank. However, even if it is said that the problem of the lower half-string, the reason why the problem of the lower half-string was solved is that the fulcrum that leads to the generation of torque during the elucidation of torque is not the center point of the crank pin but the piston side It is the upper half string side,
It was discovered that there is an important fulcrum on the outer circumference of the crank pin for the generation of moving torque, and when the drawing is made with emphasis on the moving fulcrum on the outer circumference of the piston pin, the center of the output shaft of the crank and the crank pin It has been found that the crank must be made eccentric by increasing the distance from the outer circumference of the crank, and by making it eccentric, there are many problems such as enlargement of the crank pin, problems of friction due to expansion, problems of preventing expansion, and assembly problems. These problems have been overcome, and the present invention has finally been reached after overcoming many of these problems.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】クランクにすべて正トル
クを発生させるための方法としてクランクピンに割りブ
ッシュを使用したコロ軸受又は半割りコロ軸受を使用
し、クランクピンの外径の拡大化を計ると必然的にエキ
セントリック化されることになりすべて正トルクが発生
するクランクになるのである。
[Means for Solving the Problems] As a method for generating all positive torque in a crank, a roller bearing using a split bush or a half roller bearing is used in a crank pin to increase the outer diameter of the crank pin. Inevitably, it will be made eccentric, and all cranks will generate positive torque.

【0005】[0005]

【作 用】従来の技術に於いて説明しているクランク
のトルクの発生はクランクの基礎原理であって実際にク
ランクピンに掛る力は図3に示すようにピストン側のク
ランクピンSの外周にクランクピンの中心より先行して
掛るのでトルクが発生するためのクランクピンの外径を
考慮に入れなくてはならない。ここでエキセントリック
機素及びクランク機素の相違について検討してみる。エ
キセントリックは図5のように偏心輪内に出力軸の中心
(X−X’線)があり、従来のクランクの場合はクラン
クピンの外周Sの外側に出力軸の中心が存在しているの
である。図3は現在多く使用されているクランクピンよ
り出力軸Kが大きい場合のトルク線図であってX−X’
線より下半弦は正トルクの発生し難く軌道内のO−W間
には発散できないトルクが働いていることがわかる。そ
こでこのエキセントリックとクランクとの限界線X−
X’線上に出力軸を設定すると図6に示すようにトルク
の上半弦で働くすべて理想の正トルクとなることがわか
るのである。従ってトルクの発生の向上策としてクラン
クピンを大きくすればエキセントリック化されてトルク
の発生に有利な条件を与えることになるので、クランク
ピンに空間を持つコロ軸受を設ければ図4、図5に示す
ようにコロ全体の外径が大きくなって必然的にエキセン
トリック化され、摩擦抵抗の少ないクランクピン部分の
重量も余り重くならないトルクの発生上都合のよい構造
となる。しかし曲り軸になっている自動車用4気筒内燃
機関のクランクにコロ軸受を直接使用することはできな
いので先ず図4に示すようにクランク1を貫通できるよ
うな2のロッド付コロ軸受3をクランクピンに挿入した
後、割ブッシュ4を圧入する。又は図7のような半割り
コロ軸受6を挿入することによって組立を可能にしたも
のである。5は割りブッシュの止めねじである。図4の
ような割りブッシュを使用すると図5のようにクランク
ピンの座高が高くなって下死点前のJ点に於ても有効ト
ルクが発生するのである。図5、図6中Kはクランクの
出力軸を示す。Gはコロ軸受のコロ全体の有効径を示
し、移動するピストンピンの中心点H群と共にトルク発
生の移動する要点である。eは偏心量を示す。図7は半
割りコロ軸受を使用した場合であって理想のクランクと
エキセントリックの限界にした実用図である。
[Operation] The torque generation of the crank explained in the prior art is the basic principle of the crank, and the force actually applied to the crank pin is as shown in Fig. 3 on the outer circumference of the crank pin S on the piston side. The outer diameter of the crank pin for generating torque must be taken into consideration because it is applied before the center of the crank pin. Here, let us consider the difference between the eccentric element and the crank element. The eccentric has the center of the output shaft (line XX ') in the eccentric ring as shown in FIG. 5, and in the case of the conventional crank, the center of the output shaft exists outside the outer circumference S of the crank pin. . FIG. 3 is a torque diagram in the case where the output shaft K is larger than the crank pin which is currently used, and is XX ′.
It can be seen that a positive torque is less likely to be generated in the lower half string below the line and a torque that cannot be diverged is exerted between O and W in the orbit. So the limit line X- between this eccentric and crank
It can be seen that when the output shaft is set on the X'line, all the positive torques acting on the upper half string of the torque are ideal as shown in FIG. Therefore, if the crankpin is made large as a measure for improving the torque generation, it is made eccentric to give an advantageous condition for the torque generation. As shown in the drawing, the outer diameter of the entire roller becomes large, which is inevitably made eccentric, and the weight of the crank pin portion with a small frictional resistance does not become too heavy. However, since the roller bearing cannot be directly used for the crank of the four-cylinder internal combustion engine for an automobile, which is a curved shaft, first of all, as shown in FIG. Then, the split bush 4 is press-fitted. Alternatively, the assembly is made possible by inserting the half roller bearing 6 as shown in FIG. Reference numeral 5 is a set screw of the split bush. When the split bush as shown in FIG. 4 is used, the seat height of the crankpin becomes high as shown in FIG. 5, and effective torque is generated even at the point J before bottom dead center. 5 and 6, K indicates the output shaft of the crank. G represents the effective diameter of the entire roller of the roller bearing, and is a key point for torque generation together with the central point H group of the moving piston pin. e indicates the amount of eccentricity. FIG. 7 is a practical view in which the half crank roller bearing is used and the ideal crank and eccentric limits are set.

【0006】[0006]

【発明の効果】例えばロッドを腕とすると作図によって
従来見ることのできなかったトルクの発生上重要なてこ
の桿の長さG−O間の長さがわかり、続いてこの桿の長
さは下死点に至る程短くなって零になる状態がわかるの
でエキセントリック化した方が桿の長さが長くなり出力
軸の中心0点に強いてこ力が働いて強トルクが得られる
のである。図5は特に長桿群を持ち強トルクが発生する
構造になっているのである。このようにしてトルクが増
大するのであればクランク部分が大きくなったのではな
くピストン、シリンダー等他の部分が小さくなったこと
になるのである。このようなクランクをエキセントリッ
ク化するために従来のクランクに割りブッシュ又は半割
りコロ軸受を使用して組付けられたコロ軸により必然的
に点接触で摩擦の少ないコロ軸を持つエキセントリック
化されたクランクとなり円滑に回転する正回転トルクだ
けの効率の高い内燃機関が得られるのである。更に割り
ブッシュ又は半割りコロ軸受によるクランク及びロッド
の組立方法は生産工数の多くかかる面接触で摩擦の多い
半割りメタルを用いる必要がなくなるのでクランク及び
ロッドの組立を大きく省力化するものである。又半割り
コロ軸受を使用すると圧入ではないので更に生産工数は
削減されることになる。この半割りコロ軸受を使用すれ
ばボルト、ナットを必要としないのでクランクケースは
従来通りの大きさにすることが可能となる。又エキセン
トリック化された大型で空間の多いコロ軸は耐久力も強
くピストン及びクランクの回転を円滑にすると共に燃焼
爆発による衝撃をよく収集してくれるので振動は少なく
なり円滑な走行が期待できる自動車機関となる。又本発
明の特徴であるトルクの発生に対し長い桿を持つクラン
クにより低速高トルクが得られるので同様に円滑走行を
計った機関となるのである。その他組立て式クランクの
場合は割りブッシュや半割りコロ軸受は必要ないがトル
クの発生の向上のためにエキセントリック化は必要であ
る。次に圧縮行程はいずれにしてもすべて負荷であるか
ら内燃機関の性能には余り影響はなく、膨張行程の慣性
トルクは廻り込んで圧縮行程にまで深く及ぶので有利な
条件を与えることになるのである。
EFFECTS OF THE INVENTION For example, when a rod is used as an arm, the length G-O of the lever, which is important for the generation of torque, which cannot be seen by drawing, is known. Since it can be seen that it becomes shorter and becomes zero until reaching bottom dead center, the eccentric type makes the length of the rod longer and a strong leverage acts on the center 0 point of the output shaft to obtain a strong torque. FIG. 5 shows a structure having a long rod group and generating a strong torque. If the torque increases in this way, it means that not the crank portion has become larger, but other portions such as the piston and the cylinder have become smaller. In order to make such a crank eccentric, an eccentric crank having a roller shaft which is inevitably point-contacted and has little friction due to a roller shaft assembled using a split bush or a half roller bearing in a conventional crank. Thus, it is possible to obtain an internal combustion engine having a high efficiency of only positive rotation torque that smoothly rotates. Further, the method of assembling the crank and the rod by the split bush or the half roller bearing does not require the use of the half metal which has a lot of production man-hours and has a lot of friction due to the surface contact, so that the assembling of the crank and the rod is greatly saved. If half roller bearings are used, the number of production steps will be further reduced because press fitting is not used. By using this half roller bearing, it is possible to make the crankcase the same size as before because no bolts or nuts are required. Also, the eccentric large-sized and space-rich roller shaft has strong durability, smoothes the rotation of the piston and crank, and collects the shock due to combustion and explosion well, so there is less vibration and it can be expected to run smoothly. Become. Further, since a low speed and high torque can be obtained by the crank having a long rod, which is a feature of the present invention, the engine can smoothly run. In the case of other assembled cranks, split bushes and half-roller bearings are not required, but they need to be eccentric to improve torque generation. Next, since the compression stroke is all loaded in any case, it does not affect the performance of the internal combustion engine so much, and the inertia torque of the expansion stroke wraps around and deeply extends to the compression stroke, giving an advantageous condition. is there.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図 1】[Figure 1]

【図2】従来のクランクの基礎トルク線図であって回転
移動するクランクピンの各中心点A,B,C,E,F順
の作図である。図中各扇形の面積の大きさがトルクの発
生率を現す。
FIG. 2 is a basic torque diagram of a conventional crank and is a drawing in the order of center points A, B, C, E, and F of a crank pin that rotates and moves. In the figure, the size of each fan-shaped area represents the torque generation rate.

【図 3】従来のクランクピンの外径を含むトルク線図
である。図中Kは出力軸、Sはクランクピン、eは偏心
量である。
FIG. 3 is a torque diagram including the outer diameter of a conventional crank pin. In the figure, K is the output shaft, S is the crank pin, and e is the amount of eccentricity.

【図 4】本発明の割ブッシュを用いたコロ軸受を持つ
エキセントリック化されたクランクである。
FIG. 4 is an eccentric crank having a roller bearing using the split bush of the present invention.

【図 5】本発明図4のトルク線図である。FIG. 5 is a torque diagram of FIG. 4 of the present invention.

【図 6】本発明の理想的なエキセントリック化したク
ランクのトルク線図を示す。
FIG. 6 shows a torque diagram of an ideal eccentric crank of the present invention.

【図 7】本発明図6の実施用図面である。各図の回転
方向は右廻りである。
FIG. 7 is a view for implementing the present invention shown in FIG. 6; The direction of rotation in each figure is clockwise.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

図4に於て 1.クランク 4.割りブッシュ 2.ロッド 5.割りブッシュ用止め
ねじ 3.コロ軸受 図7に於て 1.クランク 6.半割りコロ軸受 2.ロッド
In FIG. Crank 4. Split bush 2. Rod 5. Set screw for split bush 3. Roller Bearing In Fig. 1. Crank 6. Half roller bearing 2. rod

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項 1】ピストン機関の膨張行程に於いて出力軸
の回転方向に対しほとんど制動をともなわないすべて円
軌道より外方に働く正トルクが円滑に発生するための構
成として、クランクのトルクの発生点である出力軸の中
心点とクランクピンの外周との距離を拡げると共にクラ
ンクピンの直径を大きくしてエキセントリック化し、続
いてクランクピンを拡大化することによって生ずる軸受
の摩擦の増大及び重量の増大を防ぐ方法としてクランク
とロッドとの組立てを(4)の割りブッシュを用いたコ
ロ軸受又は(6)の半割りコロ軸受を使用して曲り軸の
多いクランクとコロ軸受を持つロッドとの組立てを可能
とし、コロ軸受によってエキセントリック化されること
を特徴としたクランクを持つ内燃機関。
1. In the expansion stroke of a piston engine, crank torque is generated as a structure for smoothly generating positive torque that works outward from all circular orbits with almost no braking in the rotational direction of the output shaft. The distance between the center point of the output shaft, which is the point, and the outer circumference of the crankpin is increased, and the diameter of the crankpin is increased to make it eccentric, and subsequently the friction and weight of the bearing are increased by enlarging the crankpin. As a method of preventing the above, the crank and rod are assembled by using the roller bearing using the split bush of (4) or the half roller bearing of (6) to assemble the crank with many bending axes and the rod having the roller bearing. An internal combustion engine with a crank that is characterized by being made eccentric by means of roller bearings.
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