JPH08200498A - 同じクランク径の二重クランク機構のピストン 往復動原動機 - Google Patents

同じクランク径の二重クランク機構のピストン 往復動原動機

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JPH08200498A
JPH08200498A JP4473095A JP4473095A JPH08200498A JP H08200498 A JPH08200498 A JP H08200498A JP 4473095 A JP4473095 A JP 4473095A JP 4473095 A JP4473095 A JP 4473095A JP H08200498 A JPH08200498 A JP H08200498A
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piston
crankshaft
crank
stroke
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JP4473095A
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Shizuo Yoshida
静雄 吉田
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/32Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01BMACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/02Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with crankshaft
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】ピストン往復動原動機のピストンの仕事行程に
於て、上死点から下死点までの殆ど全行程に亙ってガス
圧力を有効に利用して、出力を増加させる。 【構成】同じクランク径を有する主クランク軸と連接ク
ランク軸を組み合わせた二重クランク機構による水平対
向ピストン往復動機構で、前後2個の円形の主クランク
軸の外周に歯車を切り、それら2個の歯車に咬み合う2
個の歯車を持つ1個の1軸の出力軸を設け、下死点位置
のピストン頭付近の気筒に多数の小さい排気孔を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】往復動ピストンでクランク軸を回
す内燃機関、外燃機関。
【0002】
【従来の技術】従来のピストン往復動原動機はクランク
軸が1個のみであるため、ピストンの運動を連接棒を介
してクランク軸の回転運動に変える時にピストンが行程
の2/3乃至3/4辺りを過ぎると、クランク軸を回転
させる力は著く低下し、下死点に近かずくと回転を妨害
するので、比較的早期に(下死点前30゜〜80゜で)
排気を開始するので、多大なエネルギーが浪費される。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ピストンの仕事行程
の、上死点から下死点まで殆ど全行程に亙ってガス圧力
を有効に利用し、エネルギーの浪費を少なくして、出力
を増加させる。
【0004】
【課題を解決するための手段】ピストンの仕事行程の中
間点から下死点近くまでの間もガス圧力を有効に利用し
得るクランク機構を作り、併せて排気開始時期を出来る
だけ遅くして下死点近くにすることを可能にする機構を
作る。
【0005】
【作用】この発明は従来の単一クランク軸を前提とする
ピストン往復動原動機の単なる改善改良ではなく、全く
違った作動原理に基ずく新しい機構である。以下、説明
を簡単にするために、4行程内燃機関の場合に付いて説
明するが、基本的な作動は他の用途(例えば蒸気機関)
の場合にも遇用され得る。
【図1】はこの水平対向二重クランク機構の作動原理を
示すものである。 軸とは連接点(黒丸●)で連接している。主クランクの
大きい外円はクランク径を表わし、その上の矢印は回転
方向(右回り)を示す。その他の符号については6頁の
【その他の符号の説明】を参照されたい。
【作動の説明】
【1 同じクランク径の二重クランク】ピストンが上死
点にある時(符号0)、燃焼が始まると、右のピストン
は符号(6+7)の連接クランク軸受兼クロスヘッド
(すべり金付き)を介して連接クランクを左へ押す。こ
の際クロスヘッドへの側圧は上向きである。すると連接
クランクは主クランクとの連接点で主クランクを回転方
向に「押し回す」。符号(1/4)はピストンが燃焼ガ
スの圧力で行程の1/4前進した時の状態を示す。この
時点では主クランクは60度回転している。符号(1/
2)はピストンが行程の1/2前進して中間点にある状
態を示す。この時点では主クランクは90度回転してい
る。この瞬間にはクロスヘッドへの側圧はない。この瞬
間を過ぎてピストンが更に左に前進すると、連接クラン
クは、その主クランクとの連接点で主クランクを回転方
向に「引っぱって回す」。即ち、中間点を境にして、
「押し回し」から「引っぱり回し」に変わる。又クロス
ヘッドへの側圧も上向きから下向きに変わる。この、ク
ランク軸を「引っぱり回す」と云う作動は従来の単一ク
ランク軸の機構には全く無い作動である。符号(3/
4)はピストンが行程の3/4前進した時の状態を示
す。「引っぱり回し」の状態なので、クロスヘッドへの
側圧は下方向である。この時点では主クランクは120
度回転している。この「引っぱり回し」過程でも燃焼ガ
ス圧力が有効に働いて回転力を与えているのが、この新
機構の最大の利点であり、目的でもある。
【2 水平対向4気筒】符号(4/4)はピストンが燃
焼行程を前進し終えて下死点に到達し、主クランクが1
80度回転した時の状態である。この直前近くで(16
5゜乃至170゜位で)排気が始まるまで、燃焼ガスの
圧力は有効に働いている。この行程を過ぎて、右のピス
トンは排気行程に入り、左のピストンが(燃焼行程に入
った場合はよいが)吸入行程に入った場合は負圧が掛
り、水平対向2気筒だけでは、符号(6/4)の中間点
(270度回転)まで来ると、主クランク軸の回転だけ
では、連接クランクを押しあげてピストンをそれ以上前
進させる力は無く、主クランクと連接クランクは空転す
る。ピストンを前進させるためには連接クランクを右へ
押しやる他の力を必要とする。その為には、もう一組の
水平対向2気筒の、燃焼行程にある左のピストンの力を
借りて共有の連接クランクを介してピストンを右へ押し
てやればよい。中間点を通過してしまえば、主クランク
の回転だけでも連接クランクは右へ押しやられてピスト
ンは前進し続け得る。此処にこの機構が水平対向4気筒
でなければならない理由がある。即ち、水平対向4気筒
であれば、4個の気筒は常に「吸入」「圧縮」「燃焼」
「排気」の何れかの行程にあり、燃焼行程にあるピスト
ンが、他の負圧の掛かる吸入行程と圧縮行程にあるピス
トンの中間点(符号6/4)通過に力を貸し、全体とし
て円滑な運転継続が可能になる。外燃機関(例えば蒸気
機関)の場合は、負圧を生ずる吸入行程、圧縮行程が無
いから、2気筒で充分で、4気筒にする必要はない。
【3 出力軸の作用】次に出力軸の作用と必要性に付い
て説明する。
【図2】
【図3】
【図5】に於て符号(9)が出力軸である。2組の水平
対向ピストンは常に同じ方向に往復運動をしなければな
らないが、其所に働く力は常に反対方向である。従って
共有の連接クランク軸(符号2)と軸受兼クロスヘッド
(符号6)には、常に「折り曲」げようとする力が働
く。一方、2組の水平対向機関は、夫々別の主クランク
軸に支えられて居るので、両者の間には、「ねじれ」の
力が働く。外周に歯車を切った2個の主クランク軸に、
それらに咬み合う2個の歯車を持った1個の出力軸を咬
み合わせて置けば、「ねじれ」の力は吸収されて、2個
の主クランク軸は同じ回転をし、一方、燃焼行程にある
ピストンが、負圧の状態にある圧縮行程又は吸入行程に
あるピストンを連接クランク(符号2)を介して押し上
げて4個のピストン全部を円滑に作動させる。この働き
が、出力軸の、出力を取り出す以外の、もう一つの重要
な働きである。出力軸が無いと、機関全体が破壊してし
まう恐れがある。
【図2】はこの水平対向4気筒機関の構造の概略の平面
図である。但し図面が煩雑にならない様に、上の
【平面図】では、すべり座(符号8)と出力軸(符号
9)は省略してある。又、下の
【前面図】の左右を反対にすれば後面図となる。符号
(9)出力軸の全体の形状に付いては
【図3】及
【図5】の斜視図を参照されたい。
【4 気筒下死点付近の排気孔と関連機構】前述の様
に、この新機構の最大の眼目は、燃焼ガスの圧力を最大
限に利用して機関の出力を高める点にあるが、ピストン
が下死点に到達する直前に排気弁を充分に開いて排気せ
ねばならないと云う、従来のカム軸による気筒上部の排
気弁機構だけでは技術的に極めて難しい問題がある。排
気弁が早く開きすぎては折角の効率が低下し、遅すぎて
は運転を妨害する。この点については、次に述べる方法
で簡単に解決出来る。それは気筒の最下部(ピストン頭
の下死点位置)の少し上・・・・例えば全行程の98%
から下死点の位置に多数の小さな排気孔を設け、ピスト
ンがその位置に来れば、たとえ気筒上部の排気弁の間弁
が不十分でも排気が開始され、気筒内の圧力は急激に減
少し、続いて上部の排気弁も充分に問いて機関は支障無
く運転し続け得る。然し、この排気孔からの排気がクラ
ンク室に入っては困るので、それを集めて排気菅に流す
必要がある。その為に、排気孔の外周に排気の通路とな
る環(排気環)を設けて排気を一か所に集め、その圧力
で開く自動排気弁を設けて排気管へ流す。この排気弁
は、気筒上部の排気弁が開いて逆流して来る排気を遮断
する逆流防止弁としても働くし、又吸入行程の最終段階
で、排気が流入するのを防ぐ働きもする。この点につい
ては
【図6】を参照され度い。上部の
【縦断面図】は気筒下部の排気孔と排気機構を示す。符
号(11)は多数の小さい排気孔を、符号(12)は排
気環を、符号(13)は自動排気弁を、符号(14)は
排気管を示す。下部のA−A
【横断面図】は排気孔と排気環である。蒸気機関の場
合、排気孔は「すべり弁」の動力取出口として利用出来
る。
【0006】
【実施例】
【図3】はこの機構を構成する各部品の形状を示す斜視
図である。気筒下部の排気孔の詳細は
【図6】に示されている。
【図4】は一体となって往復運動をする部分・・・・4
(ピストン)、5(ピストン棒)、2(連接クラン
ク)、6+7(連接クランク軸受兼クロスヘッド・すべ
り金付き)・・・の組み立て斜視図である。この往復運
動で2個の主クランク軸(符号1)を回転させる。
【図5】は以上述べた機構を1組の水平対向4気筒4行
程内燃機関に組み立てた斜視図である。気筒下部の排気
機構は、図面が煩雑になるので省略した。又気筒上部の
吸排気弁機構は従来のものと基本的には同じなので省略
した。
【0007】
【発明の効果】本発明は4行程内燃機関に於て、その膨
張ガス圧力を膨張行程(燃焼行程)の98%位まで有効
に利用出来て、燃費を大幅に節約出来る。
【図面の簡単な説明】
【図 1】は水平対向二重クランク機構の作動の概念の
平面図である。
【図 2】はこの水平対向4気筒4行程内燃機関の構造
の概略平面図である。
【図 3】はこの機構を構成する部品の斜視図である。
【図 4】はこの機構の往復運動部分の組み立ての斜視
図である。
【図 5】はこの機構の全部組み立ての斜視図である。
【図 6】は気筒下部の排気孔と排気機構の平面図であ
る。
【符号の説明】
すべての図に於て符号(番号)は次の部分を示す。 1 主クランク軸(固定クランク軸・外周歯車付き)
(前後2個で1組) 2 連接クランク軸(遊動クランク軸)(4気筒共用
で1個) 3 気筒(4個ある) 4 ピストン(4個ある) 5 ピストン棒(4個ある) 6 連接クランク軸受兼クロスヘッド(左右2気筒用
各1個で1組) 7 すべり金(4個ある)(クロスヘッドに取り付け
る) 8 すべり座(4個ある) 9 出力軸(2個の主クランク軸の歯車に咬み合う歯
車付き)(1個) 11 気筒下部に於ける多数の小さい排気孔 12 排気環 13 自動排気弁 14 排気管 図示はしていないが、(1)の主クランク軸2個及び
(9)の出力軸の両端の回転軸は軸受で固定されること
は言うまでもない。
【その他の符号の説明】
【図 1】に於て符号は次の状態を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F16H 21/18 9242−3J

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(イ)同じクランク径を有する主クランク
    軸(固定クランク軸)と連接クランク軸(遊動クランク
    軸)を組み合わせた二重クランク機構を有する水平対向
    ピストン往復動機構。 (ロ)主クランク軸は前後2個の一対の円形の主クラン
    ク軸とし、その外周に歯車を切り、それら2個の歯車に
    咬み合う2個の歯車を持つ1個の1軸の出力軸を設け
    る。 (ハ)下死点位置のピストンのピストン・ヘッド付近の
    気筒に多数の小さい排気孔を設ける。 以上の要件を満たしたピストン往復動原動機。
JP4473095A 1995-01-26 1995-01-26 同じクランク径の二重クランク機構のピストン 往復動原動機 Pending JPH08200498A (ja)

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JP4473095A JPH08200498A (ja) 1995-01-26 1995-01-26 同じクランク径の二重クランク機構のピストン 往復動原動機

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT408249B (de) * 1999-06-11 2001-09-25 Khayat Assad Kurbeltrieb für verbrennungskraftmotoren
JP2002540356A (ja) * 1999-03-24 2002-11-26 エフ・エー・フアウ・モトーレンテヒニック・ゲゼルシヤフト・ミト・ベシユレンクテル・ハフツング 前後で同軸にかつ互いに横方向間隔をおいて配置された軸線平行な2本の軸を連結する連結要素
WO2004111411A1 (fr) * 2003-06-17 2004-12-23 Rafaranirina, Herimalala, Lucia Moteur thermique a combustion interne semi-rotatif a cycle superposes
RU2494268C2 (ru) * 2011-03-21 2013-09-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тюменский государственный нефтегазовый университет" (ТюмГНГУ) Двигатель внутреннего сгорания
WO2014142687A1 (en) * 2013-03-11 2014-09-18 Majewski Jacek Crank system of internal combustion engine, especially for two stroke engine.

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