【発明の詳細な説明】
円運動と往復運動との相互変換装置
技術分野
この発明は例えば4サイクルのレシプロエンジンのピストンの往復運動をクラ
ンクシャフトの回転運動に変換するときに用いられる円運動と往復運動との相互
変換装置に関する。
背景技術
図47に従来の4サイクルのレシプロエンジンの一つのシリンダ部を示す。こ
のエンジンはシリンダ341内を上下動するピストン342の往復運動をクラン
クシャフト343の回転運動に変換するために両者の間をコンドッド344で連
結した構造となっている。なお、図中の参照番号345は放熱板を示す。
このような従来の4サイクルのレシプロエンジンの出力効率を上げるのを妨げ
ている要因の一つとしてピストン342の不要なサイドスラストが知られている
。このサイドスラストはピストン342とクランクシャフト343との間をコン
ロッド344を用いて連結しているために避けることができない。即ち、ピスト
ン342の往復運動が滑らかにクランクシャフト343に伝達されないためにサ
イドスラストが大きくなり、エネルギー損失が生じている。
このように、従来は直線運動を回転運動に変換するのにク
ランク運動を介在させていた。しかし、クランク運動に伴ってピストンが首ふり
運動をするため、例えば4サイクルのレシプロエンジンでは、ピストンとシリン
ダーの間でサイドスラストが発生し、このためアイドル回転数を1000RPM
程度に高くしなければならず、燃料消費の面でも問題があった。
また、サイドスラストはエネルギー損失の原因になるばかりか、ピストンとシ
リンダー側壁との衝突によるピストンの割れ、欠けなどの破損を防止するために
ピストンを重くて丈夫な金属で形成する必要があり、たとえばセラミック化によ
る軽量化を図ることができなかった。
図28に従来の4サイクルのレシプロエンジンの一つのシリンダ部のピストン
の動きとエンジンの回転角との関係を示す。図28において実線は理想的なピス
トン変位のグラフであるが、これと比べると破線で示した従来の4サイクルのレ
シプロエンジンは零度から180度までの圧縮行程では、燃料ガスの圧縮が理想
よりも遅くなっており、反対に180度から360度までの膨張行程では燃焼ガ
スの膨張が理想よりも早くなっている。例えば160度の位置で点火する場合、
従来では燃料ガスの圧縮度が理想よりも小さいために(ピストンの遅上がりと称
する)爆発による膨張圧力がその分小さくなる。また、膨張行程では理想よりも
燃焼ガスの圧力低下が早いために(ピストンの早下がりと称する)、ガスの燃焼
による圧力を十分に機械的なエネルギーに変換できない。
図29は燃焼エネルギーを機械的エネルギーに変換する場
合のシリンダ内気体容積Vと気体圧力MPa(メガパスカル)の関係を変換効率
として示すグラフで、点線が従来のレシプロエンジンの変換効率を示す。
このような従来のレシプロエンジンの熱効率を低下させるピストンの遅上がり
、早下がり現象を減算運動というが、特に船舶のエンジンでは減算運動を少なく
するためにコンロッドを出来るだけ長くすることが行われる。この結果、例えば
エンジンの高さが15メートルにも達する場合がある。
図30は図47の従来の構成におけるピストン342とコンロッド344とク
ランクシャフト343の動作の解析のための図であり、ピストン342の行程を
s,コンロッド344の長さをL,クランクシャフト343の回転半径をr、ピ
ストン342とクランクシャフト343の中心を結ぶ線とコンロッド344との
なす角度をα,クランクシャフト343の回転角をθとする。
従来のエンジンのピストンの変位sは次の式で示される。
s=r(1−cosθ)+L(1−cosα)
L・sinα=r・sinθ
変形すると、
s=r(1−cosθ)
+L(1−(1−r**2sin**2θ/
L**2)**0.5) ・・・(1)
ここで、**2は2乗、**0.5は1/2乗を表す。
(1)式から分かるように、ピストンの変位Sはクランクシャフト343の回
転角度θの0・5次の項を含むから、図
28に示すようにピストンの変位sは正しい正弦波カーブに沿った形とならない
。
更に、従来のエンジンはフライホイールやクランクシャフトのカウンターウエ
イトを用いてエンジンの回転を滑らかにしているが、これらはエンジンの加速時
にエンジンから発生されたエネルギーを吸収し、減速時にブレーキを掛けると、
これが熱エネルギーとなって無駄に消費されてしまう原因となっている。
発明の開示
そこで、この発明は、例えば2サイクルや4サイクルのレシプロエンジンのピ
ストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換するときにエネルギー損
失を軽減でき、セラミック化による軽量化を図ることも可能な円運動と往復運動
との相互変換装置を提供することを目的とする。
この発明の一態様によれば、回転体と、この回転体の回転中心と円周との間を
結ぶ線上に回転自在に軸着された作用点または力点として動作する一端を有し、
他端に力点または作用点として動作する第1のレギュレータを有し、この一端、
他端の間に揺動支点として動作する第2のレギュレータを有するてこ部材を有し
、この第1のレギュレータには往復運動体が連結されてなり、前記第1、第2の
レギュレータは前記てこ部材の長手方向に移動自在に力点または作用点および揺
動支点を支持する支持部材を有することを特徴とする円運動と往復運動との相互
変換装置が得られる。
この発明の他の態様によれば、回転体と、この回転体の回転中心と周縁との間
を結ぶ線上に回転自在に軸着された作用点として動作する一端を有し、他端に力
点として動作する第1のレギュレータを有し、この一端、他端の間に揺動支点と
して動作する第2のレギュレータを有するてこ部材を有し、この第1のレギュレ
ータには往復動原動機の往復運動体が連結されてなり、前記第1、第2のレギュ
レータは前記てこ部材の長手方向に移動自在に力点および揺動支点を支持する支
持部材を有することを特徴とする円運動と往復運動との相互変換装置が得られる
。
この発明の更に他の態様によれば、回転原動機と、この回転原動機の出力軸に
取り付けられた出力回転体の回転中心と周縁との間を結ぶ線上に回転自在に軸着
された力点として動作する一端を有し、他端に作用点として動作する第1のレギ
ュレータを有し、この一端、他端の間に揺動支点として動作する第2のレギュレ
ータを有するてこ部材を有し、この第1のレギュレータには往復被動機の往復運
動体が連結されてなり、前記第1、第2のレギュレータは前記てこ部材の長手方
向に移動自在に力点、作用点および揺動支点を支持する支持部材を有することを
特徴とする円運動と往復運動との相互変換装置が得られる。
この発明の更に他の態様によれば、回転体と、この回転体の回転中心と周縁と
の間を結ぶ線上に回転自在に軸着された作用点として動作する一端を有し、他端
に力点として動作する第1のレギュレータを有し、この一端、他端の間に揺動支
点として動作する第2のレギュレータを有するてこ部材を有し、この第2のレギ
ュレータには往復動原動機のピストンが連結されてなり、前記ピストンはシリン
ダー内に移動自在に装着され、前記シリンダーの両端には夫々動力気体の吸、排
気装置を有し、前記第1、第2のレギュレータは前記てこ部材の長手方向に移動
自在に力点および揺動支点を支持する支持部材を有することを特徴とする円運動
と往復運動との相互変換装置が得られる。
この発明の更に他の態様によれば、回転体と、この回転体の回転中心と周縁と
の間を結ぶ線上に回転自在に軸着された作用点として動作する一端を有し、他端
に力点として動作する第1のレギュレータを有し、この一端、他端の間に揺動支
点として動作する第2のレギュレータを有するてこ部材を有し、この第1のレギ
ュレータには往復動原動機のピストンが連結されてなり、前記ピストンはシリン
ダー内に移動自在に装着され、前記シリンダーの両端には夫々燃料気体の吸、排
気装置および点火装置を有し、前記第1、第2のレギュレータは前記てこ部材の
長手方向に移動自在に力点および揺動支点を支持する支持部材を有することを特
徴とする円運動と往復運動との相互変換装置が得られる。
この発明の更に他の態様によれば、一端に力点または作用点として動作する第
1のレギュレータを有し、他端に揺動支点として動作する第2のレギュレータを
有し、この一端、他端の間の一点が回転体の回転中心と周縁との間を結ぶ線上に
回転自在に軸着された作用点または力点として動作するてこ
部材を有し、この第1のレギュレータには往復運動体が連結され、前記第1、第
2のレギュレータは前記てこ部材の長手方向に移動自在に力点または作用点およ
び揺動支点を支持する支持部材を有することを特徴とする円運動と往復運動との
相互変換装置が得られる。
この発明の更に他の態様によれば、回転体と、一端に力点または作用点として
動作する第1のレギュレータを有し、他端に揺動支点として動作する第2のレギ
ュレータを有し、この一端、他端の間の一点が回転体の回転中心と周縁との間を
結ぶ線上に回転自在に軸着された作用点または力点として動作するてこ部材と、
この第1のレギュレータに連結された往復動原動機とを有し、前記第1、第2の
レギュレータは前記てこ部材の長手方向に移動自在に力点または作用点および揺
動支点を支持する支持部材を有することを特徴とする円運動と往復運動との相互
変換装置が得られる。
この発明の他の態様によれば、回転体と、この回転体の回転中心と周縁との間
を結ぶ線上に回転自在に軸着された作用点として動作する一端を有し、他端に力
点または作用点として動作する第1のレギュレータを有し、この他端に揺動支点
として動作する第2のレギュレータを有し、この一端、他端の間の一点は回転体
の回転中心と周縁との間を結ぶ線上に回転自在に軸着された作用点または力点と
して動作するてこ部材を有し、この第1のレギュレータには往復動原動機の往復
運動体が連結されてなり、前記第1、第2のレギュレータは前記てこ部材の長手
方向に移動自在に力点および揺動支点を
支持する支持部材を有することを特徴とする円運動と往復運動との相互変換装置
が得られる。
この発明の更に他の態様によれば、一端に作用点として動作する第1のレギュ
レータを有し、他端に揺動支点として動作する第2のレギュレータを有し、この
一端、他端の間の一点が回転体の回転中心と周縁との間を結ぶ線上に回転自在に
軸着された力点として動作するてこ部材と、その出力軸が前記力点に連結された
回転原動機と、を有し、前記第1のレギュレータには往復被動機の往復運動体が
連結されてなり、前記第1、第2のレギュレータは前記てこ部材の長手方向に移
動自在に作用点および揺動支点を支持する支持部材を有することを特徴とする円
運動と往復運動との相互変換装置が得られる。
この発明の更に他の態様によれば、回転体と、一端に力点として動作する第1
のレギュレータを有し、他端に揺動支点として動作する第2のレギュレータを有
し、この一端、他端の間の一点が回転体の回転中心と周縁との間を結ぶ線上に回
転自在に軸着された作用点として動作するてこ部材と、この第1のレギュレータ
には往復動原動機のピストンが連結されてなり、前記ピストンはシリンダー内に
移動自在に装着され、前記シリンダーの両端には夫々動力気体の吸、排気装置を
有し、前記第1、第2のレギュレータは前記てこ部材の長手方向に移動自在に力
点および揺動支点を支持する支持部材を有することを特徴とする円運動と往復運
動との相互変換装置が得られる。
図面の簡単な説明
図1はこの発明の一実施例を示す斜視図。
図2は図1に示す回転部と往復部の運動軌跡の一例を示す図。
図3は図1に示す回転部と往復部の運動軌跡の他の例を示す図。
図4はこの発明の他の実施例を示す概略断面図。
図5はこの発明の更に他の実施例を示す概略断面図。
図6は図5の実施例の動作工程を示す図。
図7は図5に示した実施例に相当する他の実施例を示す正面図。
図8は図7に示した実施例装置の上面図。
図9は図7に示した実施例装置の断面側面図。
図10は図7に示した実施例装置の正面図。
図11はこの発明の更に他の実施例を示す概略断面図。
図12はこの発明の更に他の実施例を示す概略断面図。
図13はこの発明の更に他の実施例を示す概略側面図。
図14はこの発明の更に他の実施例を示す概略側面図。
図15はこの発明の更に他の実施例を示す概略側面図。
図16はこの発明の更に他の実施例を示す概略側面図。
図17はこの発明の更に他の実施例を示す概略側面図。
図18はこの発明の更に他の実施例を示す概略側面図。
図19はこの発明の更に他の実施例を示す概略側面図。
図20はこの発明の更に他の実施例を示す概略側面図。
図21はこの発明の更に他の実施例を示す斜視図。
図22はこの発明の更に他の実施例を示す正面図。
図23はこの発明の更に他の実施例を示す正面図。
図24はこの発明の更に他の実施例の構成を示す部分断面側面図。
図25は図24の実施例の各部の動作を説明するための動作軌跡図。
図26は図24の実施例を変形した実施例の各部の動作を説明するための動作
軌跡図。
図27は図24の実施例を変形した実施例の各部の動作を説明するための動作
軌跡図。
図28は図24の実施例のピストン位置と回転角度との関係を従来例と比較し
て示すグラフ。
図29は図24の実施例におけるシリンダ内気体容積と圧力との関係を示すグ
ラフ。
図30は従来のレシプロエンジンのピストン、コネクティングロッド、クラン
クシャフトの関係を示す線図。
図31は図24の実施例のピストン、揺動外支点型てこ装置、クランクシャフ
トの関係を示す線図。
図32は従来のレシプロエンジン、この発明により構成された揺動内支点型Z
メカエンジン、揺動外支点型Zメカエンジンの諸特性を比較して示す表。
図33はこの発明の他の実施例の揺動外支点型Zメカエンジンの正面断面図。
図34は図33の実施例の揺動外支点型Zメカエンジンの上断面図。
図35は図33の実施例の揺動外支点型Zメカエンジンの側断面図。
図36はこの発明の他の実施例の揺動外支点型Zメカエンジンの正面断面図。
図37は図36の実施例の揺動外支点型Zメカエンジンの上断面図。
図38は図36の実施例の揺動外支点型Zメカエンジンの側断面図。
図39はこの発明の更に他の実施例の揺動外支点型Zメカエンジンの正面断面
図。
図40は図33の実施例を具体化した実施例の正面断面図。
図41はこの発明の更に他の実施例の揺動外支点型Zメカエンジンの正面断面
図。
図42は図41の実施例の揺動外支点型Zメカエンジンの側断面図。
図43はこの発明の更に他の実施例の揺動外支点型Zメカエンジンの斜視図。
図44はこの発明の更に他の実施例の揺動外支点型Zメカエンジンの構成を示
す概略図。
図45はこの発明の更に他の実施例の揺動外支点型Zメカエンジンの構成を示
す概略図。
図46はこの発明の円運動と往復運動の相互変換装置を用いて構成した飛翔体
の構成を示す概略図。
図47は従来のレシプロエンジンの構成を概略的に示す図。
最良の実施例
以下、この発明の実施例について図面を参照して詳細に説明する。
図1はこの発明の一実施例の全体構成を示す斜視図である。この実施例は電動
機1の回転軸2に取り付けられた円盤3の周縁に近い位置にその力点となる一端
がピン4で回転自在にとり付けられたてこ部材5を有する。
このてこ部材5は支点レギュレータ6によってその長手方向に移動自在に軸支
されている。この支点レギュレータ6はピン6aによっててこ部材5に回転自在
に取り付けられたローラ6bとこのローラ6bをてこ部材5の長手方向に移動自
在に案内する案内板6c、6dとを有する。
てこ部材5の他端の作用点には作用点レギュレータ7が設けられている。この
作用点レギュレータ7はピン7aによっててこ部材5の他端に回転自在に取り付
けられたローラ7bとこのローラ7bをてこ部材5の長手方向に移動自在に案内
する案内板7c、7dとを有する。
作用点レギュレータ7は円筒形のピストン8のほぼ中央部に固定され、このピ
ストン8は円筒形のシリンダ9内に挿入されている。このピストン8の夫々の端
部は図示しないリングによって円筒形のシリンダ9の内壁との間がシールされて
いる。
シリンダ9の両端面には夫々一対の吸入、排出パイプ10a,10b,10c
,10dが取り付けられ、夫々のパイプには開閉弁11a,11b,11c,1
1dが設けられ
ている。
このような構成において、電動機1を電源に接続して駆動すると、円盤3が例
えば図示の矢印の方向に回転して、てこ部材5は円盤3の半周ごとに反時計方向
、時計方向への回動を繰り返す。これとともにてこ部材5は円盤3の回転に伴っ
てその長手方向への往復運動を繰り返す。
てこ部材5の回動は作用点レギュレータ7に伝達され、これに伴ってピストン
8がシリンダ9内で直線往復運動を行う。このとき、ローラ7bはてこ部材5の
長手方向に案内板7c、7dに沿って移動自在に案内される。
この場合、てこ部材5の上下動にタイミングを合わせてバルブ11a−11d
を開閉すれば、液体をパイプ10a,10cから吸い込んで、パイプ10b,1
0dから排出することができる。
この際、電動機1の回転に伴っててこ部材5の揺動支点6a,作用点7aに生
じる案内板6c,6d,7c,7d方向へのサイドスラストは、夫々ローラ6b
,7bの回転として吸収されるので、この部分における機械的損失は極めて少な
い。
尚、この図1に示した実施例装置は可逆装置であり、例えば、パイプ10a,
10cから交互に高圧空気を送り込み、この高圧空気によりピストン8を上下動
させ、このピストン8の往復運動をてこ部材5を介して円盤3に伝えてこれを回
転させれば、原動機1を発電機として駆動することもできる。
この場合にも、ピストン8の往復運動に伴っててこ部材5
の揺動支点6a,力点7aに生じる案内板6c,6d,7c,7d方向へのサイ
ドスラストは、夫々ローラ6b,7bの回転として吸収されるので、この部分に
おける機械的損失は極めて少ない。
図2、図3は図1の実施例におけるてこ部材5の力点、揺動支点、作用点であ
るピン4、6a,7aの動作時の移動軌跡を示す図である。即ち、ピン4は完全
な円運動となり、支点ピン6aは案内板6c,6d間をてこ部材5の長手方向に
直線に動き、ピン7aはピストン8の往復運動に伴って案内板7c,7d間を図
示したような軌跡を描いて移動する。尚、図2と図3におけるピン7aの軌跡の
違いは揺動支点ピン6aの位置の違いによるものである。
図4はこの発明を4サイクルエンジンに適用した実施例を示す概略構成図であ
る。4サイクルエンジンのシリンダ20の上部には吸気管21、排気管22、吸
気バルブ23、排気バルブ24が設けられている。
シリンダ20内にはその内壁に沿って上下するピストン25が設けられる。こ
のピストン25は、図示しないが、その外周にリングが取り付けられ、シーリン
グが行われている。ピストン25の内部にはこのピストン25の移動方向と直交
する方向に所定距離離れた一対の案内板25a,25bの間に案内溝25cが形
成される。
この案内溝25c内にはその溝幅とほぼ同じ寸法の外径を有するローラ26が
挿入され、このローラ26はピン27を介しててこ部材28の一端に回転自在に
取り付けられる。
てこ部材28は図1の実施例と同様に構成された揺動支点レギュレータ29を
介して支持され、その他端はピン30を介して回転自在に回転板31の周縁部に
連結される。揺動支点レギュレータ29はピン28a,ローラ28b,案内板2
8c,28dとにより構成される。案内板28c,28dは夫々ピストン25の
往復移動方向に沿って設けられ、ローラ28bもその方向に移動自在に支持され
る。回転板31はその回転中心が例えばクランクシャフト32に固定される。
この実施例では、圧縮工程におけるピストン25の上死点付近で点火プラグ3
3により混合気が点火されると、混合気の爆発によりピストン25が押し下げら
れる。この圧力はローラ26、ピン27を介しててこ部材28に伝達されピン3
0から円盤31に伝えられて、回転力に変換され、クランクシャフト32に伝達
される。
図4の実施例においては、爆発圧力によりピストン25はシリンダ20の内壁
に押し付けられるが、このピストン25とてこ部材28とは可動力点としてのレ
ギュレータを介して連結されているので、ピストン25はてこ部材28からの作
用は受けず、従来と比してサイドスラストは大幅に減少することになる。同様に
、てこ部材28の揺動支点も揺動支点レギュレータ29によって支持されており
、従ってピストン25の往復運動は損失が少ない状態で回転運動に変換される。
この場合、ピストン25はシリンダ20に対して強い力で押し付けられること
がないので、ピストン25の主要部分を例えばセラミックで構成することができ
る。またサイドスラ
ストが小さくなるので、エネルギー損失が減少し、アイドリングの回転数を例え
ば50回転以下にすることができ、燃料消費の面でも大きな利点がある。
図5の実施例は、図4の実施例におけるシリンダならびにピストンを二個同軸
に連結し、構成を簡略にし、さらに効率を向上させたものである。従って、図5
において図4の構成と対応する部分は同様の参照番号を付してその説明を省略な
いし簡略にする。
図5において、シリンダ20の両端面には一対の吸気管21a,21b、排気
管22a,22b,点火プラグ33a,33bが取り付けられる。このシリンダ
20内にはピストン25が挿入され、このピストン25内には力点レギュレータ
としてのローラ26、ピン27、案内板25a,25bが設けられる。ピン27
はてこ部材28の一端にとり付けられ、てこ部材28は支点レギュレータ29を
介してクランクシャフト32の動力受動部30aに回転自在に連結される。この
動力受動部30aは図4の実施例におけるピン30に相当するものである。
図5の実施例において吸気管21a,21b、排気管22a,22bは図示し
ないバルブによって所定のタイミングで開閉されるが、この部分は通常の4サイ
クルエンジンと同じ構成でよく、ここでは省略してある。
図示しないスタータモータによりクランクシャフト32が回転されて例えばピ
ストン25がシリンダ20内を移動して図中の左端に近付き、このとき混合気が
圧縮されているもの
とする。ここで点火プラグ33aにより混合気が点火されると、ピストン25は
図中の右方向に押され、力点レギュレータのピン27を介しててこ部材28が時
計方向に回動される。このてこ部材28が時計方向に回動されるとクランクシャ
フト32が反時計方向に回動される。この結果、ピストン25はシリンダ20内
を移動して図中の右端に近付き、このとき排気が排出される。ここで、図示しな
い第2のシリンダ内で爆発工程が生じるようにしておけば、クランクシャフト3
2は連続して回転駆動される。
この第2のシリンダ内で爆発工程が生じると、図5のピストン25は図中の左
方向に移動して排気がパイプ22aから排出されるとともに、吸気管21bから
混合気が吸気される。ピストン25が図中の左端にきたときにさらに別の第3の
シリンダ内で爆発工程が生じると、図5のピストン25は図中の右方向に移動し
て、吸気管21bから吸い込まれた混合気が圧縮される。ピストン25はシリン
ダ20内を移動して図中の右端に近付く。このとき点火プラグ33bが点火され
ると、ピストン25が左方向へ押される。このようにしてクランクシャフト32
は連続して回転駆動される。
図6の(a)は図5の構成のシリンダが2個クランクシャフトに連結された場
合の4サイクルエンジン工程を示す図、図6の(b)は(a)のものとあわせて
4個のシリンダを用いて爆発工程が連続するように配置した場合の4サイクルエ
ンジン工程を示す図である。この場合、図5のてこ部材28の両側で必ずプッシ
ュプルで爆発工程が生じるように配置す
れば運動効率が高まり、振動のすくない静かなエンジンが実現できる。
この実施例の場合、ピン27に対してピストン25はその両側にバランス良く
配置され、しかも従来のコンロッドに相当するてこ部材28とはローラ26を介
して案内板25a,25bと線接触しているのみであるから、爆発工程のときに
ピストン25はシリンダ20に対して大きなサイドスラストは与えない。従って
、このサイドスラストに起因するエネルギー損失は小さく、高効率のレシプロエ
ンジンを構成できる。また、ピストン25にあまり大きな力が作用しないので、
このピストン25をセラミックで形成することもできる。
レシプロエンジンをセラミック化することができると、シリンダ20の内部温
度を従来型の2倍から3倍と高くすることもできる。従来型のレシプロエンジン
の熱効率が20%であることが知られているが、この実施例の場合、機械的損失
も大きく減らすことができる。例えば、10%の機械的損失をカバーできるとす
ると、残りの70%の熱損失を3分の1に減らせるとして、10プラス70/3
プラス20、つまり50%以上の高い効率を得ることができる。
また、ピストン25からクランクシャフト32に至るまでのトータルの摩擦係
数が極めて小さくなることから、全体として滑らかな運動となり、例えばアイド
リング回転数を50RPM以下にすることも可能である。
図7乃至図10は図5の実施例の構成のシリンダを水平に置いた水平同軸型の
4サイクルエンジンの実施例を示す。
図7において、シリンダ40aの中に挿入されたピストン41aに設けられた案
内溝42a内にローラ43aが嵌め込まれ、ピン44aによりてこ部材45aの
一端に取り付けられる。
てこ部材45aは案内みぞ46a内に挿入されたローラ46aとピン48aを
介して結合されて形成された揺動支点で支持される。てこ部材45aの他の端は
クランクシャフト49aに連結される。クランクシャフト49aは図10に図示
した連結部材であるベルト61およびローラ62a,62b,62c,62d,
62eを介してカムシャフト50a,50bに連結され、カムシャフト50a,
50bに取り付けられたカム51a,51bが駆動される。このカム51a,5
1bは揺動支点レギュレータ52a,52bを有するてこ部材53a,53bを
介してバルブ54a,54bを駆動する。
シリンダ40aの片側にはこのバルブ54aの他に図8に示したようにもう一
つのバルブ55aが設けられている。このバルブ55aは同様にしててこ部材5
6aによって駆動される。シリンダ40aの他の側にはこのバルブ54bの他に
図8に示したようにもう一つのバルブ55bが設けられている。このバルブ55
bは同様にしててこ部材56bによって駆動される。図8においてシリンダ40
aの両側には夫々一対の点火プラグ57a,57b,58a,58bが取り付け
られている。
図9は図7のてこ部材45aの所で切断して示す側面図で
ある。てこ部材45aの下端に結合されたクランクシャフト49aは、軸受け6
0a、60bにより回転自在に支持される。
この図7−図10に示されたエンジンは基本的に図5に示したものと同じであ
るから動作の説明は省略するが、バルブ54a−55bの駆動機構にピストン2
5とクランクシャフト32との間に用いたてこ部材28と同様のものを用いて、
さらにエンジンを高速で回転できるようにしたものである。
以下に図11、12を参照してバルブ開閉機構の例を説明する。図11はタペ
ットバルブに適用したものであり、タペット70の先端にタペット70の移動方
向と直交する方向に案内溝71を形成し、この案内溝71内にローラ72を挿入
する。ローラ72はピン73を介しててこ部材74の一端に取り付けられ、他端
にはバルブシャフト75が回転自在に取り付けられる。てこ部材74の揺動支点
はピン76を介してローラ77により支持され、ローラ77はてこ部材74の長
手方向に自由に移動できるように案内溝78によりエンジン本体79の上に保持
される。
バルブシャフト75の先端にはバルブ80が形成され、バルブシャフト75に
は座がね81が固着され、この座がね81とエンジン本体79との間に挿入され
たコイルバネ82によりバルブシャフト75の先端に形成されたバルブ80が例
えば排気孔8を常時閉じている。
このようにバルブ開閉機構を形成すると、タペット70の上下の動きが無理無
くバルブシャフト75に伝達され、しか
もバルブシャフト75の動きはタペット70の先端に形成された案内溝71の上
側の壁71aで規制されるので。エンジンの回転が早くなっても、バルブ80は
常にタペット70の上下の動きに正確に追随し、いわゆるクラッシュが起きない
。従って、エンジンの回転を従来より飛躍的に上げることができる。
図12はOHCバルブに適用した例を示す。図11と異なるところは、タペッ
ト70のかわりにオーバヘッドカム85により駆動されることと、案内溝78が
案内板78aとエンジン本体79との間に形成されていることのみであり、その
動作は基本的に同じである。
以上の実施例はいずれも回転運動と直線上の往復運動との間の変換装置に関す
るものであるが、以下に述べる実施例は回転運動を直接にてこ部材の往復回動運
動に変換する装置に関する。
図13はその基本的なアクチェータの構成111を示すものである。図におい
て、円板100は回転軸101を介して図示しない電動機に連結されて回転駆動
される。円盤100の周縁にはピン102を介しててこ部材103が連結され、
このてこ部材103の揺動支点ピン104はローラ105を介して2枚の平行な
案内板106、107の間に回転自在、且つ移動自在に支持されている。これら
の全ての構成要素は直方体のケース109の中に収納され、円盤100の部分は
特にショックアブソーバ充填剤110の中に封入されている。
このような構成111において、いま図示しない電動機に
電源を供給して円盤100を回転させると、ピン102がこの円盤100の回転
に伴って円盤100の周囲とほぼ同じ大きさの軌跡を描いて円運動する。これに
伴ってローラ105は案内板106、107間を直線的に従動し、てこ部材10
3は揺動支点104を中心に往復回動する。このような構成により回転円盤10
0の回転が滑らかにてこ部材103の往復回動運動に変換される。尚、てこ部材
の往復回動角度は揺動支点104と力点102、作用点104の間の距離の比に
従って変化させることができる。
図14は図13の基本構成111を2個用いて飛翔体の羽を構成したものであ
る。(a)は正面図、(b)は平面図である。図14において、回転円盤121
、122は夫々図示しない電動機に連結されて駆動される。この回転円盤121
、122の回転運動は揺動支点レギュレータ123、124を介しててこ部材で
ある羽125a、126a,に伝達され、これの羽ばたき運動に変換される。尚
、ここでは図14(b)に示したようにもう一対の羽125b,126bが設け
られ、これらは他の同様な駆動機構により駆動される。
図15は回転体131の周縁にピン132を介しててこ部材133の一端が連
結された構造をしめす。この場合、てこ部材133はクレーンのアームとして用
いられる。てこ部材133の後端にはバランスウエイト134が設けられて、ク
レーンとして滑らかな運動ができるように配置されている。
図16、図17の実施例では、電動機141の回転軸に対して取り付け部材1
42により傾斜して支持軸143を取り
付け、この支持軸143の途中に回転自在のローラ145を取り付け、このロー
ラ145を平行な2枚の案内板146、147で挟んだ構造としてある。このよ
うにすると支持軸143はローラ145を頂点とした円錐体をなす回転軌跡を描
く。このため、この支持軸143に三角形の板148を取り付けると、船のプロ
ペラとして動作させることができる。
図18は図13に示した基本構造111を3個用いてヒューマノイドフットを
構成した例を示す。即ち、基本構成111Aのてこ部材103Aの先端を基本構
成111Bのケース109Bに固着し、基本構成111Bのてこ部材103Bの
先端を基本構成111Cのケース109Cに固着した構成とする。ここで、夫々
の基本構成111A〜111Cの円盤100A〜100Cを図示しない電動機に
より駆動すると、夫々のてこ部材103A〜103Cが回動して、ヒューマノイ
ドフットの動きをさせることができる。
図19は図13に示した基本構造111を3個用いてヒューマノイドアームを
構成した例を示す。即ち、基本構成111Aのてこ部材103Aの先端を基本構
成111Bのケース109Bに固着し、基本構成111Bのてこ部材103Bの
先端を基本構成111Cのケース109Cに固着した構成とする。ここで、夫々
の基本構成111A〜111Cの円盤100A〜100Cを図示しない電動機に
より駆動すると、夫々のてこ部材103A〜103Cが回動して、ヒューマノイ
ドアームの動きをさせることができる。
図20は例えばロボットのバランサーとして構成された
この発明の更に他の実施例を示す。(a)はその側面図、(b)は上面図である
。この実施例も図13に示した基本構成111を2個用いており、第1の基本構
成111Aのてこ部材103Aの先端を第2の基本構成111Bのケース109
Bの後方から突出したアーム151の先端に互いに90度の角度で固定する。第
2の基本構成111Bのてこ部材103Bの先端には円柱状の重り152が取り
付けられる。従って、第1の基本構成111Aのてこ部材103Aの回動方向と
第2の基本構成111Bのてこ部材103Bの回動方向とは互いに90度の角度
を持っている。この為、例えば2本足で歩行するロボットにこのバランサーを取
り付け、ロボットの姿勢センサーの出力に応じて基本構成111A、111Bの
てこ部材103A,103Bを回動させれば、極めて良好な姿勢制御を行うこと
ができる。
図5の実施例ではピストン25の往復運動を一本のてこ部材28を介して1個
のクランクシャフト32に回転運動として出力する場合を示したが、このピスト
ン25の往復運動を複数本のてこ部材を介して複数のクランクシャフトに回転運
動として出力するように構成することもできる。
図21はその一例を示す実施例であり、ピストン25Aのほぼ中央部に形成さ
れた円環状の切り欠き部25AAの内部に4本のてこ部材28A,28B,28
C,28Dの力点となる先端を挿入し、夫々力点レギュレータの一部となるロー
ラ26A,26B,26C,26Dが回転自在にこの切り欠き部25AAの端部
25Aa,25Abの間に係合される。
4本のてこ部材28A,28B,28C,28Dの中間部分の支点となるべき
位置には、夫々ローラ28Aa,28Ba,28Ca,28Daが回転自在に取
り付けられ、夫々一対の案内板28cA,28dA;28cB,28dB;28
cC,28dC;28cD,28dDの間に回転自在に支持されている。
また、4本のてこ部材28A,28B,28C,28Dの他端部分の作用点と
なるべき部分は夫々クランクアーム30A,30B,30C,30Dに回転自在
に係合される。
従って、このピストン25Aをシリンダ20内で往復運動するように駆動すれ
ば、互いに同期した4つの回転出力を得ることができる。
図22はこの発明による更に他の実施例の4シリンダーの星型エンジンを示す
断面図である。図において、第1、第2の共通シリンダー161、162は、こ
れらのシリンダー軸が互いに平行になるように配置される。シリンダー161、
162の両端はヘッドカバー163、164、165、166により閉じられる
。2個のバルブ167a,167bがヘッドカバー163を貫通して設けられる
。同様にしてバルブ168a,168b,169a,169b,170a,17
0bがヘッドカバー164、165、166を貫通して取り付けられる。
第1、第2のピストン部材171、172がシリンダー161内に設けられ、
互いに接続部材173により連結される。ピストン部材171、172の間には
2枚の案
内板174、175が設けられ、この2枚の案内板174、175の間にはロー
ラ176がこの2枚の案内板174、175の間でシリンダー161の軸方向に
対して直角に自由に動くように挿入される。ピストン部材171、172には凹
部171a,172aが形成され、その重量を減少させるようになっている。こ
れらの凹部171a,172aの開放端はピストンプレート177、178によ
り閉止され、燃焼室179、180がヘッドカバー163、164とピストンプ
レート177、178との間に形成される。ピストン部材171、172とシリ
ンダー161の間の間隔には燃焼室179、180をシールするためのシール材
あるいはピストンリングが設けられる。
同様にして第1、第2のピストン部材185、186がシリンダー162内に
設けられ、互いに接続部材187により連結される。ピストン部材185、18
6の間には2枚の案内板188、189が設けられ、この2枚の案内板188、
189の間にはローラ190がこの2枚の案内板188、189の間でシリンダ
ー162の軸方向に対して直角に自由に動かせるように挿入される。ピストン部
材185、186には凹部191a,192aが形成され、その重量を減少させ
るようになっている。これらの凹部191a,192aの開放端はピストンプレ
ート192、193により閉止され、燃焼室194、195がヘッドカバー16
5、166とピストンプレート192、193との間に形成される。燃焼室19
4、195をシールするためのシール材196がシリン
ダー161と同様に設けられる。
シリンダー161、162はフレーム200に固定され、その結果、シリンダ
ー161、162は互いに平行でクランクシャフト202のセンターロッド20
1がシリンダー161、162の軸に直交するように保持される。
ローラー176がピン204によっててこ部材203の一端に回転自在に取り
付けられる。てこ部材203は支持ローラ204aとピン204bとによって形
成される揺動支点204によって案内板204c,204dの間に保持される。
この案内板204c,204dはてこ部材203をその長手方向に自由に動く
ように支持するための揺動支点レギュレータである。てこ部材203の他端はク
ランクシャフト202の動力伝達部に回転自在に結合される。同様にして、ロー
ラー190がてこ部材205の一端にピン206により回転自在に取り付けられ
る。このてこ部材205は支持ローラ207aとピン207bとによって形成さ
れる揺動支点207によって案内板207c,207dの間に保持される。この
案内板207c,207dはてこ部材205をその長手方向に自由に動くように
支持するための揺動支点レギュレータである。てこ部材205の他端はクランク
シャフト202の動力伝達部に回転自在に結合される。
図示しない点火プラグが燃焼室179内で付勢されると、バルブ167aを介
して燃焼室179に導入された燃料と空気の混合された燃料ガスが燃焼し、ピス
トン部材171、
172をヘッドカバー164の方へ押し、吸気弁168aを介して燃焼室180
に導入された燃料ガスを圧縮する。これと同時に、燃料ガスが燃焼室194に導
入され、排気ガスが燃焼室195から排気弁170bを介して排気される。
ピストン部材171が燃焼室180に向けて押されると、案内板174、17
5の間のローラ176bが同じ方向に動き、てこ部材203がローラ204aの
ピン204bの周りに反時計方向に揺動し、同時にローラ204aはてこ部材2
03の長手方向に案内板174、175の間を案内される。この結果、クランク
シャフト202はセンターロッド201の周りに時計方向に回転する。
このように動作する結果、ピストン部材171はその下死点に至り、ピストン
部材172はその上死点に至り、導入された燃料ガスは燃焼室180内で圧縮さ
れる。圧縮されたガスに図示しない点火プラグで点火されると、ピストン部材1
72がヘッドカバー163に向けて押され、てこ部材203を揺動支点204の
周りに時計方向に回動せしめ、クランクシャフト202を矢印Aに示す時計方向
に回転せしめる。
このようにして、いわゆる爆発工程が燃焼室179、180、194、195
の順に生じ、いわゆる4サイクルの工程、すなわち吸入、圧縮、爆発、排気工程
が夫々の燃焼室179、180、194、195で行われ、クランクシャフト2
02は連続して回転せしめられる。
図22に示した実施例では2本のシリンダ161、162
を用いて4サイクルのエンジンを形成することができるから、レシプロ型のエン
ジンを小型、軽量化することができる。
さらに、この発明では揺動支点型てこ装置203を用いてピストン動作をクレ
ンクシャフトに伝達できるので、シリンダ161、162の内壁に対するピスト
ン部材171、172、185、186のサイドスラストが生じることはなく、
ピストン部材の動きをエネルギーを損失することなく極めて滑らかに伝達するこ
とができる。従って、エンジンのアイドリング速度を従来の1000rpmから
たとえば50rpmに減少させることができる。さらに、てこ部材203、20
5の長さを同じに設定できるので、シリンダ161の中心軸からクランクシャフ
トロッド201の中心までの距離を、シリンダ162の中心軸からクランクシャ
フトロッド201の中心までの距離と等しくすることができるので、4サイクル
のレシプロエンジンの振動を最小にすることができる。
更に、シリンダ161、162の内壁に対するピストン部材171、172、
185、186のサイドスラストが生じないので、ピストン部材をセラミック化
でき、ピストン部材およびエンジンの総体的な重量を減少せしめられる。
図23はこの発明を8シリンダの星型エンジンに適用した実施例を示し、図2
2に示した4シリンダのエンジンを2個用いて8シリンダのレシプロエンジンと
した。図23の8シリンダエンジンは4個のシリンダ161、162、261、
262を用いて構成することができる。シリンダ161、162は図22に示し
たものと同じである。従って、これ
らのシリンダ161、162のみならずシリンダ361、362の構成の説明は
ここでは省略する。ただし、てこ部材203、205は単一のクランクシャフト
・アーム202aに連結され、てこ部材403、405はクランクシャフト・ア
ーム202aとは異なるクランクシャフト・アーム202bに連結され,両者は
クランクシャフト・ロッド201の中心に関して互いに180度離れて構成され
ている。
ここで、図23に示した8シリンダのレシプロエンジンの動作を説明する。図
23において、ピストン部材171はシリンダ161内の燃焼室179における
爆発工程の結果、その下死点にある。同時に、ピストン部材185もシリンダ1
62内の燃焼室194における爆発工程の結果、その下死点にある。この時、燃
焼室180、195はその圧縮工程の最後の段階にあり、ピストン部材371、
372、385、386は夫々シリンダ361、362内の中間点にある。
燃焼室180、195内の圧縮された燃料ガスが図示しない点火プラグによっ
て点火されると、てこ部材203、205が夫々時計方向、反時計方向に回動さ
れ、クランクシャフトロッド201を矢印Aの方向に回転せしめる。従って、て
こ部材403、405は夫々時計方向、反時計方向に回動され、これにより燃焼
室380、395内の燃料ガスは圧縮され、燃焼室379、394には燃料ガス
が吸入される。
図23に示した実施例ではすべてのてこ部材203、205、403、405
を同一寸法で形成でき、従って8シリンダエンジンの構造をクランクシャフトの
中心ロッド
201に対して対称型とすることができ、エンジンの振動を更に軽減できる。
以上説明した夫々の実施例によれば、往復運動を行うピストンに係合された力
点とクランクシャフトに係合された作用点との間に揺動支点を内支点として設け
たことにより、たとえば4サイクルのレシプロエンジンのピストンの往復運動を
クランクシャフトの回転運動に変換するときのエネルギー損失を軽減でき、セラ
ミック化による軽量化を図ることも可能な、円運動と往復運動との相互変換装置
を得ることができる。
この発明は揺動支点を有するてこ装置を用いて円運動と往復運動との相互変換
を行う装置であるから、以上に説明した揺動支点を内支点として用いる場合のほ
か、揺動支点を外支点としたてこ装置を用いて円運動と往復運動との相互変換を
行う装置を構成することもできる。以下、この実施例について説明する。
図24は揺動支点を外支点としたてこ装置を用いて円運動と往復運動との相互
変換を行うこの発明の更に他の実施例の全体構成を示す断面図である。この実施
例は水平に置かれた円筒形シリンダ211内に円柱状ピストン212を配置し、
このピストン212の中央部の部分切り欠き部に垂直対抗壁面213、214を
形成したシリンダ構造を基本とする4サイクルエンジンである。シリンダ211
の両端には夫々シリンダヘッド211A,211Bが取り付けられ、夫々のシリ
ンダヘッド211A,211Bには図示しないが、点火プラグおよび吸気、排気
バルブが設けられている。このピストン
212の夫々の端部外周には図示しないピストンリングが取り付けられ、円筒形
のシリンダ211の内壁との間がシールされている。
前記垂直対抗壁面213、214の間には両方の壁面213、214間の距離
にほぼ等しい直径を有する回転ローラ217が挿入され、この回転ローラ217
はこの壁面213、214の間から下方に突出したてこ部材218の力点として
の上端に回転自在に取り付けられる。従って前記垂直対抗壁面213、214は
てこ部材218の力点をローラ217を介して揺動自在に保持するための力点レ
ギュレータとして機能する。
シリンダ211はその下部で一対の支持フレーム215、216によって支持
される。この支持フレーム215、216の内側対抗壁面にはスペーサ215a
,216aを介して案内板219、220が取り付けられる。この案内板219
、220の間には前記てこ部材218の下端に回転自在に取り付けられた回転ロ
ーラ221が挿入される。このてこ部材218の下端は支点として機能し、案内
板219、220の間でてこ部材218の長手方向に支点を揺動自在に支持する
ので、これを揺動支点と称し、案内板219、220を揺動支点レギュレータと
称する。
てこ部材218の中間点は作用点としてクランクシャフト222に回転自在に
連結されている。従って、てこ部材218の上端がピストン212の往復運動に
より左右へ駆動されると、てこ部材218はローラ221の中心を支点とし
て時計方向、反時計方向に回動する。このとき、ローラ217、221は夫々案
内板213、214、219、220の間でクランクシャフト222の回転に伴
っててこ部材218をその長手方向にスムーズに案内する。この結果、てこ部材
218の上端がローラ217を介してピストン212の往復直線運動により揺動
すると、この往復運動はクランクシャフト222により極めて円滑に回転運動に
変換されることになる。
すなわち、ピストン212の左右への往復運動によりピストン212とシリン
ダ211内壁との間に生じるサイドスラストは、夫々ローラ217,221の回
転として吸収され、この部分における機械的損失は極めて少ない。
また、この実施例のエンジンは例えば100rpm以下の極めて低速で安定な回
転を維持できるために、クランクシャフト222にカウンターバランスを取り付
ける必要がなく、またフライホイールを用いる必要もないので、このエンジンを
車に積載した場合でも、その加速、減速時にエネルギーロスが生じることがなく
、軸出力効率が極めてよくなる。
図25、図26、図27は夫々図24の実施例におけるてこ部材218の力点
としての回転ローラ217の回転中心217c、揺動支点としての回転ローラ2
21の回転中心221c、作用点としてのクランクシャフト222との連結点2
22cの運動軌跡を示す。図25、図27は支点221cと力点217cとの距
離と支点221cと作用点222cとの距離の比が2対1の例、図26は支点2
21c
と力点217cとの距離と支点221cと作用点222cとの距離の比が4対1
の例を示している。これらの軌跡図から分かるように、力点217cの偏平な円
の動きに対してクランクシャフト222に連結された作用点222cは完全な円
の運動を行い、揺動支点221cはてこ部材218の長手方向に沿った直線の往
復運動をおこなっている。
図28の実線は図24に示した実施例のピストン変位とエンジン回転角との関
係を示すグラフであり、完全なサインカーブとなっている。従って、零度から1
80度までの圧縮行程ではピストン212の上死点手前の点火位置において理想
的なピストン位置となっており、燃焼ガスが充分に圧縮された状態で点火される
ため、最大の燃焼圧力が発生する。一方、180度以降の膨脹行程では通常のエ
ンジンに比べてピストン212の急速な変位が抑制されるため、発生された燃焼
圧力が最大限にピストン212に伝達され、効率良く機械エネルギーに変換され
る。この状態を図29に実線で示した。図29からこの発明では燃焼ガスが充分
に圧縮された状態で点火されるため、最大の燃焼圧力が発生することが明確に示
されている。
ここで、図24の実施例のピストン212が完全なサインカーブで変位する様
子を図31を参照して詳細に説明する。
図31は図24におけるピストン212と、てこ部材218と、クランクシャ
フト222の動作の解析のための図であり、てこ部材218の長手方向の変位量
をx,ピストン212のシリンダ211内における変位量y,てこ
部材218の揺動支点としての回転ローラ221の回転中心221cから力点2
17cまでの距離をL1、力点217cからクランクシャフト222に連結され
た作用点222cまでの距離をL2、クランクシャフト222の回転半径をr、
てこ部材218とクランクシャフト222とのなす角度をα,クランクシャフト
222の回転角をθとする。
即ち、図24の実施例のピストン212の変位量yは次の式で表される。
y=L1sinα ・・・(2)
ところで、rsinθ=(L1−L2)sinα
よって、 sinα=r(L1−L2)sinθ ・・・(3)
(2)式に(3)式を代入すると、
y=L1{r/(L1−L2)}sinθ
よってピストン212の変位量yは
y={L1/(L1−L2)}rsinθ ・・・(4)
(4)式から明らかなように、この式はθの1次の項のみで示されているため
、図28の実線に示したように完全なサインカーブを示す。従って、ピストン2
12の変位が理想的状態を示し、シリンダ211内に発生した熱エネルギーが効
率良く機械エネルギーとして取り出されることになる。なお、図24に示した構
成のエンジンをもう一つ用意してクランクシャフト222に180度の位相差を
もって連結し2つのピストンを180度の位相差をもって変位するように駆動す
れば、ピストンから発生する振動が全部打ち消されることになり、極めて静かな
エンジンが得られる。
図32の表はこの発明を適用して構成された内支点、外支点のてこ部材をピス
トンからクランクシャフトへの動力伝達機構に用いた2000CC、4気筒のエ
ンジンの各種のエンジン特性を、従来のコンロッドを用いた構成のエンジンの特
性と比較して示したものである。なお、このデータは夫々ストロークが86mm
,ボア径が86mmのエンジンを3000回転で動作させたときの特性である。
以下の説明では簡単のために、内支点、外支点のてこ部材を動力伝達機構に用い
たエンジンを夫々内支点Zメカエンジン、外支点Zメカエンジンと称する。
図32から明らかなように、ピストンのサイドスラストによる損失出力をみる
と、通常のエンジンでは図示出力の約19%にも達しているのに対して、内支点
Zエンジンでは8.6%と半減しており、更に外支点Zエンジンでは2.7%と
極めて少なくなっていることが分かる。ここで、図示出力とは、エンジンの燃焼
出力から排気損失および熱損失を差し引いた仕事量をいう。この発明の内支点、
外支点Zエンジンでは、ピストンが変移するときの力点、即ちピストンを動かす
点の変移が少ないために、ピストンを回転させるモーメントが少なくなり、また
ピストンの面圧が下がるために摩擦係数も下がり、サイドスラスト仕事量が極端
に少なくなる。
また、図32の最上欄から明らかなように、通常エンジンの図示出力は内支点
Zメカエンジン、外支点Zメカエンジンのいずれよりも小さくなっている。これ
は、前述したように、ピストンの「遅上がり、早下がり」現象のためである。
サイドスラスト仕事量はそれぞれのピストンの力のバランスで、クランクシャ
フトのクランク角で零度から720度まで積分することでサイドスラスト力を求
め、摩擦係数を乗じて求めた。このときの条件は次のように決定した。
摩擦係数:通常エンジン・・・・0.366
内支点Zエンジン・・0.340
外支点Zエンジン・・0.166
摩擦係数の決定については、機械工学便覧を参照した。この摩擦係数はピスト
ンにおける面圧により変化するが、通常エンジンのピストンがシリンダーを押す
平均圧力は1平方cmあたり約30.2kg、内支点Zエンジンが約18.9k
g,外支点Zエンジンが約7.1kgであるため、上記のように決定した。
また、前述したように、通常のエンジンではフライホイールおよびカウンター
ウエイトによる損失が合計で2%弱あるが、揺動支点てこ部材を動力伝達機構に
用いたエンジンではいずれも零である。
通常エンジンにおいて図示仕事量は燃料の全発熱仕事量の約38%といわれて
いる。これが図32に示したように計算上80.17PSである。また、図示仕
事量から機械損失を差し引いた仕事量が有効仕事量(軸出力)となる。サイドス
ラストによる仕事量を機械損失の85%と見積もると、機械損失は17.52P
Sとなる。これを図示仕事量から差し引くと計算上の有効仕事量62.7PSが
示される。外支点Zメカエンジンのサイドスラスト仕事量を除いた機械損失は通
常エンジンのものと同じとして計算してある。
図32から特に注目されるのはサイドスラスト損失出力(J)である。これは
本発明では207.8および66.0である。特に外支点では従来の通常エンジ
ンの実に15%と大幅に減少しているのが分かる。内支点Zメカエンジンと比べ
ても約1/3に減少している。現在までのエンジンの改良の歴史の中でサイドス
ラストを減らす試みは色々と行われたが、このように顕著に減少した例は皆無で
ある。
これらの結果、実有効出力の出力増加率は、通常のエンジンを1.00とした
とき、内支点のてこ部材を動力伝達機構に用いた内支点Zメカエンジンでは1.
17であり、更に外支点のてこ部材を用いた外支点Zメカエンジンでは1.23
となり、23%もの増加を示している。
また、外支点Zメカエンジンの重量を2000cc,4気筒エンジンで推定す
ると111.8kgfとなる。一方、通常エンジンでは149.0kgfである
から、約33.3%もの重量を軽減できる。また、大きさにおいても、概略寸法
で685.0×610.0×615.0に対して450×550.0×420.
0であるから大幅にコンパクトになっている。
また、外支点Zメカエンジンでは、重量当たりの出力は6500rpmにおい
て1.47PS/kgfとなるのに対して、通常のエンジンでは同じ6500r
pmにおいて、0.97PS/kgfとなっている。
尚、この図24に示した実施例装置は可逆装置であり、例
えば、クランクシャフト222に図示しない電動機を連結して回転駆動すること
によりピストン212をシリンダ211内で往復運動させ、液体または気体を圧
送するためのポンプとして使用することができる。
この場合にも、ピストン212の往復運動に伴って生じるサイドスラストは、
夫々ローラ217,221の回転として吸収されるので、図24の実施例同様に
この部分における機械的損失は極めて少ない。
図33、図34、図35ははこの発明を2サイクルエンジンに適用した外支点
の実施例を示す概略構成図であり、夫々正面から見た断面図、上面から見た断面
図、および側断面図である。図33−図35において、2サイクルエンジンのシ
リンダ230の上部には吸気孔231、排気孔232が設けられる。シリンダ2
30の上端にはシリンダヘッド233が設けられる。なお、吸気孔231はエン
ジンブロック241内に形成されたクランク室241Aを介して、エンジンブロ
ック241に取り付けられたキャブレター231aと連通されている。従って、
キャブレター231aからガソリンと潤滑オイルとの混合気を吹き込むことで、
ピストン234、てこ部材238に関する潤滑オイルの供給も合わせて行うこと
ができる。
シリンダ230の内部にはピストン234が挿入される。このピストン234
にはその中心軸と直交する方向に一対の対向する案内壁235a,235bを形
成した切り欠き部236が設けられている。この案内壁235a,235bの
間にはピストン234の中心軸と直交する方向に回転自在に回転ローラ237が
挿入され、この回転ローラ237はてこ部材238の力点239に回転自在に取
り付けられている。この案内壁235a,235bおよび回転ローラ237は揺
動力点レギュレータとして動作することになる。
このてこ部材238の他端は支点240となり、エンジンブロック241に固
定された一対の案内板242a,242bの間に回転自在に挿入された回転ロー
ラ243の回転軸が固定されている。これらの案内板242a,242bおよび
回転ローラ243は揺動支点レギュレータとして動作することになる。
前記てこ部材238の力点239と支点240との間には作用点として用いら
れるピン244が固定され、このピン244は回転主軸245に偏心して形成さ
れたクランク孔を有する偏心板246に回転自在に係合されている。
シリンダ230内に設けられその内壁に沿って上下するピストン234には図
示しないが、その外周にリングが取り付けられ、ガスおよびオイルに対するシー
リングが行われる。
この図33−図35の実施例においても、てこ部材238は図24の実施例と
同様に構成された揺動支点レギュレータを介して支持され、その作用点はピン2
44を介して回転自在に偏心板246のクランク孔に連結される。
即ち、この実施例の2サイクルエンジンでは、吸入、圧縮工程におけるピスト
ン234の上死点付近で図示しない点火プラグによりキャブレター231aから
吸入され、圧縮さ
れた混合気が点火されると、混合気の爆発によりピストン234が押し下げられ
る。このピストン234の動きはローラ237を介して外支点のてこ部材238
に伝達され、ピン244から偏心板246に伝えられて、回転力に変換され、回
転主軸245に伝達される。
図33−図35の実施例においては、爆発圧力によりピストン234はシリン
ダ230の内壁に押し付けられるが、このピストン234とてこ部材238とは
案内壁235a,235bおよび回転ローラ237で構成される揺動力点レギュ
レータを介して連結されているので、ピストン234はてこ部材238からの反
作用によるシリンダ230へのスラスト力は発生せず、従来と比してサイドスラ
ストによるエネルギーロスは大幅に減少することになる。同様に、てこ部材23
8の揺動支点も揺動支点レギュレータとしての案内板242a,242bおよび
回転ローラ243によって支持されており、従ってピストン234の往復運動は
損失が少ない状態で回転運動に変換される。
この場合、ピストン234はシリンダ230に対して強い力で押し付けられる
ことがないので、ピストン234の主要部分を例えばセラミックで構成すること
ができる。またサイドスラストが小さくなるので、エネルギー損失が減少し、ア
イドリングの回転数を例えば50回転以下にすることができ、燃料消費の面でも
大きな利点がある。
レシプロエンジンをセラミック化することができると、シリンダ230の内部
温度を従来型の2倍から3倍と高くする
こともできる。従来型のレシプロエンジンの熱効率が20%であることが知られ
ているが、この実施例の場合、内部温度を高くして機械的損失を大きく減らすこ
とができる。例えば、10%の機械的損失をカバーできるとすると、残りの70
%の熱損失を3分の1に減らせるとして、10プラス70/3プラス20、つま
り50%以上の高い効率を得ることができる。
図36、図37、図38の実施例は、図33−図35の実施例におけるシリン
ダ230ならびにピストン234を共通に使用し、ピストン234を挟んで対称
の位置に二個のてこ部材238A,238Bを設けたものである。従って、図3
6−図38の実施例において図33−図35の実施例の構成と対応する部分は同
様の参照番号を付してその説明を省略ないし簡略にする。
図36−図38の実施例において、図示しないスタータモータにより回転主軸
245A,245Bのいずれか一方又は双方が回転されて、例えばピストン23
4がシリンダ230内を移動して図中の上端に近付き、このとき混合気が圧縮さ
れているものとする。ここで図示しない点火プラグにより混合気が点火されると
、ピストン234は図中の下方向に押され、力点レギュレータの回転ローラ23
7A,237Bを介しててこ部材238A,238Bが夫々の揺動支点レギュレ
ータを構成する部材242aA,242bA,243A,242aB,242b
B,243Bを支点として時計方向および反時計方向に回動される。このてこ部
材238A,
238Bが夫々の方向に回動されると、回転主軸245Aがピン244Aを介し
て反時計方向に回動され,回転主軸245Bがピン244Bを介して時計方向に
回動される。この結果、ピストン234はシリンダ230内を移動して図中の下
端に近付き、このとき排気が完了されるとともに吸入ガスの一次圧縮がクランク
室241A内で行われる。この工程が繰り返されているうちにこの2サイクルの
エンジンはスタータモータの補助なしで連続して回転されるようになる。この結
果、単一のシリンダ230とピストン234から互いに反対方向に回転する出力
が2本の回転主軸245A,245Bから得られることになる。
図39は水平に置いた一つのシリンダ250の両端の対抗する位置に夫々シリ
ンダヘッド251A,251Bを設け、このシリンダヘッド251A,251B
の間で一つのピストン252を往復するように駆動する構成の水平同軸型の4サ
イクルエンジンの実施例を示す。図39において、シリンダ250の中に挿入さ
れたピストン252に設けられた一対の案内板253A,253Bの間にふたつ
の回転ローラ254A,254Bが嵌め込まれ、ピン255A,255Bにより
夫々てこ部材256A,256Bの力点となるべき一端に取り付けられる。
てこ部材256Aの他端は一対の案内部材257A内に挿入された回転ローラ
258Aとピン259Aを介して結合されて形成された揺動支点レギュレータで
支持される。てこ部材256Aの中間点はピン260Aを介してクランクシャフ
ト261Aに連結される。
てこ部材256Bの他端は一対の案内部材257B内に挿入された回転ローラ
258Bとピン259Bを介して結合されて形成された揺動支点レギュレータで
支持される。てこ部材256Bの中間点はピン260Bを介してクランクシャフ
ト261Bに連結される。
クランク室269に収納されたてこ部材256A,256Bに連結されたクラ
ンクシャフト261A,261Bは、例えば図示しないが、連結部材であるベル
トおよびローラを介してカムシャフトに連結され、カムシャフトに取り付けられ
たカムが駆動される。このカムはシリンダヘッド251A,251Bに夫々取り
付けられた吸気バルブ262A,262B,および排気バルブ263A,263
Bを所定のタイミングで駆動して、4サイクルエンジンの爆発、排気、吸入、圧
縮の4つの工程を行う。この結果、クランクシャフト261A,261Bからは
図39に二つの矢印で示したように水平同期逆回転双出力が得られる。
この図39に示されたエンジンは基本的に図33に示したものと同じであるか
ら動作の説明は省略するが、吸気バルブ262A,262B,および排気バルブ
263A,263Bの駆動機構にピストン252とクランクシャフト261A,
261Bとの間に用いたてこ部材256A,256Bと同様のものを用いれば、
さらにエンジンを高速で回転するように構成できる。
図40の実施例は実質的に図39の実施例と同じ構成とな
っているが、さらに実際に製造される場合の配置に近く、コンパクトになってい
る。なお、図39では図示しなかった点火プラグ264A,264Bが示されて
いる点、バルブ駆動用のカム265A,266A,265B,266Bが示され
ている点、および排気ポート267A,267B,吸気ポート268A,268
Bが図40では具体的に図示されている点が図39と異なる。従って残りの部分
は図39と同一の参照符号を付してその説明を省略することにする。
図41、図42は図24に示した実施例の基本構造を2個用い、2個のピスト
ンからの出力を1本のクランクシャフトに結合して取り出す構造を持った実施例
を示す。図41、図42において図24の実施例に対応する部分は同一もしくは
類似の参照番号を付してある。
図41において、放熱フィン271が周囲に形成されたシリンダブロック27
2内に2本の同一内径のシリンダ211A,211Bが水平方向に形成される。
図42は図41の線40A−40Aで切断して図24に対応する構成を有する一
方のシリンダ211Aを含むエンジン構造を示す図である。他方のシリンダ21
1Bの方も同様の構成である。
シリンダ211A内にはピストン212Aが挿入され、このピストン212A
の中央部に下方に向かって開いた開孔部273には、一対のローラ案内板213
A,214Aが所定の間隔でピストン212A本体にねじで固定した状態で設け
られる。このローラ案内板213A,214Aの間には回転ローラ217Aが挿
入され、このローラ217Aはピン
217cAにより回転自在にてこ部材218Aの力点に取り付けられる。てこ部
材218Aの支点となるピン221cAには回転自在にローラ221Aがとりつ
けられる。このローラ221Aは、シリンダブロック272の下方に形成された
クランク室274内に突出するようにシリンダブロック272に取り付けられた
一対の案内板219A,220Aの間に挟持される。このローラ221Aと一対
の案内板219A,220Aとにより揺動支点レギュレータが構成される。
てこ部材218Aの中間点には作用点として機能する丸孔222cAが形成さ
れ、この作用点孔222cAはクランクシャフト275のクランクピン275A
に係合される。クランクシャフト275にはたとえば回転角で180度の位相差
を持つ他のクランクピン275Bが形成され、このクランクピン275Bはもう
一つのシリンダ211Bに関連して設けられたてこ部材218Bに形成された作
用点孔222cBに係合される。
クランクシャフト275はクランク室274を形成するシリンダブロック27
2の対向する壁面を貫通して回転自在に支持され、その一方の突出軸は回転主軸
277として出力の取り出しに用いられ、他方の突出軸278は連結部材である
ベルト279およびプーリー280を介してスタータモータ281のドライブギ
ア282および図示しないカムシャフトに連結され、カムシャフトに取り付けら
れたカムが駆動される。このカムはシリンダヘッドに夫々取り付けられた吸気バ
ルブおよび排気バルブを所定のタイミングで駆動して、4サイクルエンジンの爆
発、排気、吸入、圧縮の4つの工程を行うことができる。
図43は図40に示した実施例の基本構造を2個用いて3個の回転出力を得る
ように構成した実施例を概略的に示す斜視図である。従って各部は図40と同様
の参照番号を付して詳細な説明は省略する。
図43において、第1のシリンダ250A内には2連同軸ピストン252Aが
挿入され、このピストン252Aの出力は2個の揺動力点ローラ254B1,2
54A1を介しててこ部材256B1,256A1により取り出される。てこ部
材256B1の他端の支点は、揺動支点レギュレータを構成する一対の案内板2
57B1およびローラ258B1により、揺動自在に支持される。従って、てこ
部材256B1の回動力はクランクシャフト260B1の回転に変換され、矢印
で示された第1の回転出力として取り出される。
てこ部材256A1の他端の支点は、揺動支点レギュレータを構成する一対の
案内板257A1およびローラ258A1により、揺動自在に支持される。従っ
て、てこ部材256A1の回動力はクランクシャフト260A1の回転に変換さ
れ、第1の回転出力とは反対方向の矢印で示された第2の回転出力として取り出
される。
一方、第2のシリンダ250B内には同様に構成された2連同軸ピストン25
2Bが挿入され、このピストン252Bの出力は2個の揺動力点ローラ254B
2,254A2を介
しててこ部材256B2,256A2により取り出される。ただし、この2連同
軸ピストン252Bと2連同軸ピストン252Aとは互いにその駆動位相が逆と
なっており、たとえばピストン252Aが上死点のときピストン252Bは下死
点にあるように駆動される。てこ部材256B2の他端の支点は、揺動支点レギ
ュレータを構成する一対の案内板257B2およびローラ258B2により、揺
動自在に支持される。従って、てこ部材256B2の回動力はクランクシャフト
260B2の回転に変換される。ここで、クランクシャフト260B2はクラン
クシャフト260A1と180度の位相差を持つように一体に形成されているの
で、両者は矢印で示された第2の回転出力として総合して取り出される。
てこ部材256A2の他端の支点は、揺動支点レギュレータを構成する一対の
案内板257A2およびローラ258A2により、揺動自在に支持される。従っ
て、てこ部材256A2の回動力はクランクシャフト260A2の回転に変換さ
れ、第1の回転出力と同じ方向の矢印で示された第3の回転出力として取り出さ
れる。
以上の実施例はいずれもピストンに生じた往復運動を揺動外支点型のてこ装置
を介してクランク装置に伝達して、てこ部材の中間点の作用点から回転運動とし
て変換して取り出す場合の例である。更に、このてこ装置のてこ部材を揺動外支
点位置から更に延長して、その延長先端に一対の案内板とローラとでなる揺動作
用点レギュレータを形成し、この作用点レギュレータを介して例えばポンプのピ
ストンを往復運動さ
せるようにして、一つのエンジンから二つの異なるタイプの機械出力を取り出す
ことも出来る。
図44はその一例を示す概略構成図であり、図24と同様に構成されたシリン
ダ290内に挿入されたピストン291に発生された往復運動は、案内板291
A,291Bおよびローラ292でなる力点レギュレータを介しててこ部材29
3に伝達され、作用点294に連結されたクランクシャフト295の回転運動に
変換される。てこ部材293の他端は一対の案内板296A,296Bおよびロ
ーラ297よりなる揺動支点レギュレータにより支持される。てこ部材293の
他端は更に延長されて、その延長先端にローラ298が回転自在に取り付けられ
る。このローラ298は一対の案内板299A,299Bの間に挿入され、これ
らは作用点レギュレータとして機能する。この一対の案内板299A,299B
は一体成型されてピストンとして使用され、シリンダ300内を往復運動するの
で、例えばポンプとして用いることができる。
この構成により、ピストン291に生じた往復運動を揺動外支点型のてこ装置
293を介してクランク装置295に伝達して、てこ部材293の中間点の作用
点294から回転運動として変換して取り出すことができる。更に、このてこ部
材293の延長先端に形成した一対の案内板とローラとでなる揺動作用点レギュ
レータを介してポンプのピストンを往復運動させるようにして、一つのエンジン
から二つの異なるタイプの機械出力を取り出すことが出来る。
図41の実施例は2個の併置したシリンダ内の2個のピストンの往復運動を揺
動外支点型のてこ装置を介して単一のクランクシャフトの異なる回転位相のクラ
ンクピンに連結して単一出力を取り出すように構成したが、二つのシリンダを離
して配置し、この二つのシリンダの中間から異なる方法で単一出力を取り出すよ
うに構成することもできる。
図45はその一例を示し、2個のシリンダ301、302内に挿入されたピス
トン303、304はそれぞれ一対の案内板305A,305B、306A,3
06Bを有する。案内板305A,305Bの間にはローラ307が挿入され、
このローラ307は回転自在に第1のてこ部材308の力点に取り付けられる。
案内板306A,306Bの間にはローラ309が挿入され、このローラ309
は回転自在に第2のてこ部材310の力点に取り付けられる。
てこ部材308、310の他端の支点には夫々回転自在にローラ311、31
2が取り付けられる。ローラ311、312は夫々一対の案内板313A,31
3B,314A,314Bの間に挟まれて支持される。
てこ部材308、310は互いに同じ長さを有し、両者が交差する点をそれぞ
れの作用点と定めてこれらを共通にクランクシャフト315の単一のクランクピ
ン316に回転自在に結合する。
図45において、燃焼ガスの爆発によりピストン303、304がシリンダ3
01、302内で下方に押し下げられると、この力が案内板305A,305B
,306A,
306Bおよびローラ307、309で構成される揺動力点レギュレータを介し
て、てこ部材308、310に伝達される。てこ部材308、310の支点は夫
々、ローラ311、312および案内板313A,313B,314A,314
Bで構成される揺動外支点レギュレータにより支持されているから、ピストン3
03、304の直線的な動きが円滑にクランクシャフト315のクランクピン3
16に回転運動として変換される。
以上の実施例はいずれも回転運動と直線上の往復運動との間の変換装置に関す
るものであるが、この発明は以下に述べる実施例のように回転運動を直接にてこ
部材の往復運動に変換する装置にも適用できる。
図46はその一例を示すものである。図において、回転軸320、321は夫
々図示しない動力伝達機構を介して図示しない電動機に連結されて回転駆動され
る。回転軸320、321の一端はアーム322、323を介しててこ部材32
4、325の一端から所定寸法離れた位置で回転自在に連結される。回転軸32
0、321の他端にも同様にアームを介しててこ部材326、327が同様の位
置で回転自在に連結される。
このてこ部材324、325の一端にはローラ328、329が回転自在に揺
動支点を構成するように取り付けられる。ローラ328は2枚の平行な案内板3
30A,330Bの間に回転自在、且つ移動自在に支持されている。ローラ32
9も又、2枚の平行な案内板331A,331Bの間に
回転自在、且つ移動自在に支持されている。てこ部材324、325を除くこれ
らの全ての構成要素は直方体のケース332の中に収納されている。他方のてこ
部材326、327に関する構成部品も同様に直方体のケース332の中に収納
されている。なお、てこ部材324、325、326、327はこの場合飛翔体
、例えばトンボの羽状に形成されているものとする。
このような構成において、いま図示しない電動機に電源を供給して回転軸32
0、321を回転させると、ローラ328、329の軸を中心としててこ部材3
24、325が往復回動する。この場合、ローラ328、329が案内板330
A,330B、331A,331Bの間に回転自在、且つ移動自在に支持されて
いる構成により回転軸320、321の回転が滑らかにてこ部材324、325
の往復回動運動に変換される。尚、てこ部材の往復回動角度は揺動支点ローラ3
28、329と力点との間の距離、アーム322、323の寸法などに従って変
化させることができ、てこ部材である羽324、325の羽ばたき運動の角度が
変えられる。もう一対の羽326、327も同様に駆動される。
以上詳述したようにこの発明によれば、2サイクルや4サイクルのレシプロエ
ンジンのピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換するときのエ
ネルギー損失を軽減でき、エンジンを小型、軽量にでき、またセラミックによる
さらなる計量化を計ることも可能な円運動と往復運動との相互変換装置を提供す
ることができる。Detailed Description of the Invention
Mutual conversion device between circular motion and reciprocating motion
Technical field
The present invention classifies the reciprocating motion of the piston of, for example, a 4-cycle reciprocating engine.
Of circular motion and reciprocating motion used when converting the shaft shaft into rotary motion
Regarding the converter.
Background technology
FIG. 47 shows one cylinder portion of a conventional 4-cycle reciprocating engine. This
Engine clamps the reciprocating motion of a piston 342 that moves up and down in a cylinder 341.
In order to convert it into rotational movement of the shaft 343, a connecting pad 344 is connected between the two.
It has a tied structure. Reference numeral 345 in the figure indicates a heat sink.
This hinders the improvement of the output efficiency of the conventional 4-cycle reciprocating engine.
The unnecessary side thrust of the piston 342 is known as one of the causes
. This side thrust connects between the piston 342 and the crankshaft 343.
It cannot be avoided because it is connected using the rod 344. That is, the fixie
Since the reciprocating motion of the shaft 342 is not smoothly transmitted to the crankshaft 343,
Id thrust increases and energy loss occurs.
In this way, conventionally, it is necessary to convert linear motion into rotary motion.
The rank movement was involved. However, as the crank moves, the piston swings
For example, in a 4-cycle reciprocating engine, the piston and cylinder
Side thrust is generated between the dars, which makes the idle speed 1000 RPM.
It had to be set to a high level, and there was a problem in terms of fuel consumption.
In addition, the side thrust not only causes energy loss, but also the piston and the shaft.
To prevent damage such as cracking or chipping of the piston due to collision with the side wall of the linder
The piston must be made of heavy and strong metal, for example by ceramization.
It was not possible to reduce the weight.
Fig. 28 shows the piston of one cylinder of a conventional 4-cycle reciprocating engine.
Shows the relationship between the movement of the engine and the rotation angle of the engine. In FIG. 28, the solid line is the ideal pie
It is a graph of ton displacement.
In the compression stroke from 0 to 180 degrees, the Cipro engine ideally compresses the fuel gas.
On the other hand, on the contrary, in the expansion stroke from 180 degrees to 360 degrees
The swelling is faster than ideal. For example, when igniting at the 160 degree position,
In the past, the degree of compression of fuel gas was smaller than ideal
The expansion pressure due to the explosion decreases accordingly. Also, in the expansion process
Combustion of gas because the pressure of combustion gas drops quickly
The pressure due to cannot be converted into mechanical energy sufficiently.
FIG. 29 shows a case of converting combustion energy into mechanical energy.
Of the cylinder internal gas volume V and gas pressure MPa (megapascal)
In the graph shown as, the dotted line shows the conversion efficiency of the conventional reciprocating engine.
Slow rise of piston which lowers the thermal efficiency of such conventional reciprocating engine
The phenomenon of precipitous descent is called subtraction motion, but especially in the case of a ship engine,
To do this, the connecting rod is made as long as possible. As a result, for example
The height of the engine can reach as high as 15 meters.
FIG. 30 shows the piston 342, the connecting rod 344 and the clutch in the conventional configuration of FIG.
FIG. 10 is a diagram for analyzing the operation of the rank shaft 343, showing the stroke of the piston 342.
s, the length of the connecting rod 344 is L, the turning radius of the crankshaft 343 is r,
The line connecting the center of the stone 342 and the center of the crankshaft 343 and the connecting rod 344
The angle formed is α, and the rotation angle of the crankshaft 343 is θ.
The displacement s of the piston of the conventional engine is expressed by the following equation.
s = r (1-cos θ) + L (1-cos α)
L · sin α = r · sin θ
When transformed,
s = r (1-cos θ)
+ L (1- (1-r ** 2sin ** 2θ /
L ** 2) ** 0. 5) ... (1)
Here, ** 2 is the square, ** 0. 5 represents 1/2 power.
As can be seen from equation (1), The displacement S of the piston is determined by the rotation of the crankshaft 343.
Since it includes the 0.5th order term of the turning angle θ, Figure
As shown in 28, the displacement s of the piston does not follow the correct sinusoidal curve.
.
Furthermore, Conventional engines have flywheels and crankshaft counterweights.
To smooth the engine rotation, These are when the engine is accelerating
Absorbs the energy generated from the engine, If you apply the brakes during deceleration,
This causes heat energy to be wastefully consumed.
Disclosure of the invention
Therefore, This invention For example, a 2-cycle or 4-cycle reciprocating engine
Energy loss occurs when converting the reciprocating motion of the stone into the rotary motion of the crankshaft.
Loss can be reduced, Circular movement and reciprocating movement that can be made lightweight by making it ceramic
It is intended to provide a mutual conversion device with.
According to one aspect of the present invention, A rotating body, Between the center of rotation of this rotating body and the circumference
It has one end that is rotatably attached to the connecting line and that operates as an action point or a force point,
It has a first regulator that operates as a force point or an action point at the other end, This end,
A lever member having a second regulator that operates as a swing fulcrum between the other ends,
, A reciprocating body is connected to the first regulator, The first, Second
The regulator is movably in the longitudinal direction of the lever member and has a force point or an action point and a swinging motion.
Mutual movement between circular movement and reciprocating movement characterized by having a supporting member that supports a dynamic fulcrum
A conversion device is obtained.
According to another aspect of the invention, A rotating body, Between the center of rotation and the periphery of this rotating body
Has one end that operates as a point of action rotatably attached to the line connecting Force on the other end
Having a first regulator acting as a point, This end, A swing fulcrum between the other end
A lever member having a second regulator that operates in This first regulation
The reciprocating body of the reciprocating motor is connected to the motor, The first, Second regulation
The vibrator is a support for supporting the force point and the swinging fulcrum so that the lever member can move in the longitudinal direction.
A mutual conversion device for circular movement and reciprocating movement characterized by having a holding member is obtained.
.
According to still another aspect of the present invention, A rotating prime mover, On the output shaft of this motor
It is rotatably mounted on the line connecting the center of rotation and the periphery of the attached output rotor.
Has one end acting as a force point, First leg that acts as an action point at the other end
Has a generator, This end, A second regulation that acts as a swing fulcrum between the other ends
Has a lever member having This first regulator has a reciprocating driven machine
The moving body is connected, The first, The second regulator is the longitudinal direction of the lever member.
Power point to freely move in any direction, Having a support member that supports the action point and the swing fulcrum
A characteristic device for mutual conversion between circular motion and reciprocating motion is obtained.
According to still another aspect of the present invention, A rotating body, The center of rotation and the periphery of this rotating body
It has one end that operates as a point of action rotatably attached to the line connecting between The other end
Has a first regulator that acts as a power point, This end, Swing support between the other ends
A lever member having a second regulator acting as a point, This second legi
The piston of the reciprocating prime mover is connected to the generator, The piston is syrin
It is mounted movably in the dar, Each end of the cylinder has a suction of power gas, Exhaustion
Has a qi device, The first, The second regulator moves in the longitudinal direction of the lever member.
Circular motion characterized by having a support member that freely supports the power point and the swing fulcrum
And a reciprocating motion mutual conversion device is obtained.
According to still another aspect of the present invention, A rotating body, The center of rotation and the periphery of this rotating body
It has one end that operates as a point of action rotatably attached to the line connecting between The other end
Has a first regulator that acts as a power point, This end, Swing support between the other ends
A lever member having a second regulator acting as a point, This first legi
The piston of the reciprocating prime mover is connected to the generator, The piston is syrin
It is mounted movably in the dar, Fuel gas is sucked into both ends of the cylinder, Exhaustion
Has an electric device and an ignition device, The first, The second regulator of the lever member
It has a support member that supports the force point and the swing fulcrum so as to be movable in the longitudinal direction.
A mutual conversion device for the circular motion and the reciprocating motion to be obtained is obtained.
According to still another aspect of the present invention, One that acts as a force point or action point at one end
With one regulator, A second regulator that acts as a swing fulcrum at the other end
Have, This end, One point between the other ends is on the line connecting the center of rotation and the periphery of the rotating body.
A lever that acts as an action point or force point that is rotatably attached to the shaft.
Have members, A reciprocating body is connected to the first regulator, The first, First
The second regulator is movably movable in the longitudinal direction of the lever member,
And a reciprocating motion, characterized by having a supporting member for supporting the swinging fulcrum.
An interconversion device is obtained.
According to still another aspect of the present invention, A rotating body, As a force point or action point at one end
Having a first regulator that operates, A second leg that acts as a swing fulcrum at the other end
Has a generator, This end, One point between the other ends is between the center of rotation and the periphery of the rotating body.
A lever member that is rotatably mounted on a connecting line and that operates as an action point or a force point,
A reciprocating prime mover coupled to the first regulator, The first, Second
The regulator is movably in the longitudinal direction of the lever member and has a force point or an action point and a swinging motion.
Mutual movement between circular movement and reciprocating movement characterized by having a supporting member that supports a dynamic fulcrum
A conversion device is obtained.
According to another aspect of the invention, A rotating body, Between the center of rotation and the periphery of this rotating body
Has one end that operates as a point of action rotatably attached to the line connecting Force on the other end
Having a first regulator that acts as a point or point of action, Swing fulcrum at the other end
Has a second regulator that operates as This end, One point between the other ends is a rotating body
The point of action or the point of force rotatably mounted on the line connecting the center of rotation of the
Has a lever member that operates by This first regulator has a reciprocating prime mover
The moving body is connected, The first, The second regulator is the length of the lever member.
Direction and swing fulcrum
Mutual conversion device for circular motion and reciprocating motion characterized by having a supporting member for supporting
Is obtained.
According to still another aspect of the present invention, The first regulation that acts as an action point at one end
Have a It has a second regulator that operates as a swing fulcrum at the other end, this
one end, One point between the other ends is freely rotatable on the line connecting the center of rotation and the peripheral edge
A lever member that acts as a pivoted force point, The output shaft was connected to the power point
A rotating prime mover, Have The reciprocating body of the reciprocating driven machine is provided in the first regulator.
Be connected, The first, The second regulator moves in the longitudinal direction of the lever member.
A circle having a supporting member that movably supports the action point and the swing fulcrum.
An interconversion device between movement and reciprocating movement is obtained.
According to still another aspect of the present invention, A rotating body, The first that acts as a force point at one end
Has a regulator of It has a second regulator that operates as a swing fulcrum at the other end.
Then This end, One point between the other ends turns on the line connecting the center of rotation and the peripheral edge of the rotating body.
A lever member that is rotatably pivoted and that acts as an action point, This first regulator
The reciprocating prime mover piston is connected to The piston is inside the cylinder
It is installed movably, Each end of the cylinder has a suction of power gas, Exhaust system
Have, The first, The second regulator applies a force so that it can move in the longitudinal direction of the lever member.
Circular motion and reciprocating motion characterized by having a supporting member for supporting the pivot point and the swing fulcrum.
A mutual conversion device with motion is obtained.
Brief description of the drawings
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an example of motion trajectories of the rotating part and the reciprocating part shown in FIG. 1.
FIG. 3 is a diagram showing another example of the motion loci of the rotating part and the reciprocating part shown in FIG. 1.
FIG. 4 is a schematic sectional view showing another embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic sectional view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram showing an operation process of the embodiment of FIG.
FIG. 7 is a front view showing another embodiment corresponding to the embodiment shown in FIG.
FIG. 8 is a top view of the embodiment apparatus shown in FIG.
FIG. 9 is a sectional side view of the apparatus of the embodiment shown in FIG.
10 is a front view of the embodiment apparatus shown in FIG. 7.
FIG. 11 is a schematic sectional view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a schematic sectional view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a schematic side view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a schematic side view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a schematic side view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a schematic side view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a schematic side view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a schematic side view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a schematic side view showing still another embodiment of the present invention.
20 is a schematic side view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 21 is a perspective view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 22 is a front view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 23 is a front view showing still another embodiment of the present invention.
FIG. 24 is a partial sectional side view showing the configuration of still another embodiment of the present invention.
FIG. 25 is an operation trajectory diagram for explaining the operation of each part of the embodiment of FIG.
FIG. 26 is an operation for explaining the operation of each part of an embodiment obtained by modifying the embodiment of FIG.
Locus diagram.
FIG. 27 is an operation for explaining the operation of each part of an embodiment obtained by modifying the embodiment of FIG.
Locus diagram.
FIG. 28 compares the relationship between the piston position and the rotation angle of the embodiment of FIG.
Graph shown.
FIG. 29 is a graph showing the relationship between the gas volume in the cylinder and the pressure in the embodiment of FIG.
rough.
FIG. 30 shows a piston of a conventional reciprocating engine, Connecting rod, Clan
The diagram which shows the relationship of the Kushas.
31 is a piston of the embodiment of FIG. 24, Swing outer fulcrum type lever device, Crank shuff
FIG.
32 is a conventional reciprocating engine, Swing fulcrum type Z constructed according to the present invention
Mechanical engine, The table which shows and compares various characteristics of the swing outer fulcrum type Z mechanical engine.
FIG. 33 is a front sectional view of a swing outer fulcrum type Z mechanical engine according to another embodiment of the present invention.
FIG. 34 is a top sectional view of the swing outer fulcrum type Z mechanical engine of the embodiment of FIG. 33.
FIG. 35 is a side sectional view of the swing outer fulcrum type Z mechanical engine of the embodiment of FIG. 33.
FIG. 36 is a front sectional view of a swing outer fulcrum type Z mechanical engine according to another embodiment of the present invention.
FIG. 37 is a top sectional view of the swing outer fulcrum type Z mechanical engine of the embodiment of FIG.
38 is a side sectional view of the swing outer fulcrum type Z mechanical engine of the embodiment of FIG.
FIG. 39 is a front sectional view of a swing outer fulcrum type Z mechanical engine according to still another embodiment of the present invention.
FIG.
FIG. 40 is a front sectional view of an embodiment in which the embodiment of FIG. 33 is embodied.
41 is a front sectional view of a swing outer fulcrum type Z mechanical engine according to still another embodiment of the present invention.
FIG.
42 is a side sectional view of the swing outer fulcrum type Z mechanical engine of the embodiment of FIG. 41.
FIG. 43 is a perspective view of a swing outer fulcrum type Z mechanical engine according to still another embodiment of the present invention.
FIG. 44 shows the structure of a swing outer fulcrum type Z mechanical engine according to still another embodiment of the present invention.
Schematic diagram.
FIG. 45 shows the structure of a swing outer fulcrum type Z mechanical engine according to still another embodiment of the present invention.
Schematic diagram.
FIG. 46 is a flying object constructed using the mutual conversion device for circular motion and reciprocating motion of the present invention.
Schematic showing the configuration of.
FIG. 47 is a diagram schematically showing a configuration of a conventional reciprocating engine.
Best practice
Less than, Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing the overall configuration of an embodiment of the present invention. This example is electric
One end, which is the power point, at a position near the periphery of the disk 3 attached to the rotary shaft 2 of the machine 1.
Has a lever member 5 rotatably attached by a pin 4.
This lever member 5 is pivotally supported by a fulcrum regulator 6 so as to be movable in its longitudinal direction.
Has been done. This fulcrum regulator 6 is rotatable on the lever member 5 by the pin 6a.
The roller 6b attached to the lever 6b and the roller 6b moving in the longitudinal direction of the lever member 5
A guide plate 6c that guides you there, 6d.
An action point regulator 7 is provided at the action point at the other end of the lever member 5. this
The action point regulator 7 is rotatably attached to the other end of the lever member 5 by a pin 7a.
The scraped roller 7b and the roller 7b are movably guided in the longitudinal direction of the lever member 5.
Guide plate 7c, 7d and.
The action point regulator 7 is fixed to approximately the center of a cylindrical piston 8, This pic
The stone 8 is inserted in a cylindrical cylinder 9. Each end of this piston 8
The part is sealed by a ring (not shown) between the inner wall of the cylindrical cylinder 9.
There is.
A pair of intakes are provided on both end surfaces of the cylinder 9, Discharge pipe 10a, 10b, 10c
, 10d is attached, Each pipe has an on-off valve 11a, 11b, 11c, 1
1d is provided
ing.
In such a configuration, When the electric motor 1 is connected to a power source and driven, Disk 3 is an example
For example, rotate in the direction of the arrow shown, The lever member 5 rotates counterclockwise every half circumference of the disk 3.
, Repeated clockwise rotation. Along with this, the lever member 5 moves along with the rotation of the disk 3.
The reciprocating motion in the longitudinal direction is repeated.
The rotation of the lever member 5 is transmitted to the action point regulator 7, Along with this piston
8 makes a linear reciprocating motion in the cylinder 9. At this time, The roller 7b of the lever member 5
Guide plate 7c in the longitudinal direction, It is guided movably along 7d.
in this case, The valves 11a-11d are adjusted in timing with the vertical movement of the lever member 5.
If you open and close Liquid to pipe 10a, Inhale from 10c, Pipe 10b, 1
It can be discharged from 0d.
On this occasion, With the rotation of the electric motor 1, the swinging fulcrum 6a of the lever member 5, Raw at point of action 7a
Guide plate 6c, 6d, 7c, The side thrust in the 7d direction is Roller 6b respectively
, It is absorbed as a rotation of 7b, so The mechanical loss in this part is extremely small
Yes.
still, The device of the embodiment shown in FIG. 1 is a reversible device, For example, Pipe 10a,
High pressure air is alternately sent from 10c, This high pressure air moves the piston 8 up and down.
Let The reciprocating motion of the piston 8 is transmitted to the disc 3 through the lever member 5 to rotate the disc 3.
If you roll it, The prime mover 1 can also be driven as a generator.
Also in this case, The lever member 5 is moved along with the reciprocating motion of the piston 8.
Swing fulcrum 6a of Guide plate 6c generated at the power point 7a, 6d, 7c, Die in the 7d direction
Do Thrust Roller 6b, It is absorbed as a rotation of 7b, so In this part
The mechanical loss is extremely small.
2, FIG. 3 is a force point of the lever member 5 in the embodiment of FIG. Swing fulcrum, At the point of action
Pin 4, 6a, It is a figure which shows the movement locus at the time of operation of 7a. That is, Pin 4 is perfect
A circular movement, The fulcrum pin 6a is a guide plate 6c, 6d in the longitudinal direction of the lever member 5
Move in a straight line, The pin 7a is guided by the guide plate 7c, Figure between 7d
Move along the trajectory shown. still, Of the locus of the pin 7a in FIGS.
The difference is due to the difference in the position of the swing fulcrum pin 6a.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to a 4-cycle engine.
It An intake pipe 21 is provided above the cylinder 20 of the four-cycle engine. Exhaust pipe 22, Sucking
Qi valve 23, An exhaust valve 24 is provided.
Inside the cylinder 20, there is provided a piston 25 which moves up and down along the inner wall thereof. This
The piston 25 of Although not shown, A ring is attached to its outer circumference, Shirin
Is being done. The inside of the piston 25 is orthogonal to the moving direction of the piston 25.
A pair of guide plates 25a, which are separated by a predetermined distance in the direction A guide groove 25c is formed between 25b
Is made.
Inside the guide groove 25c, there is a roller 26 having an outer diameter of substantially the same size as the groove width.
Inserted, The roller 26 is rotatably attached to one end of a lever member 28 via a pin 27.
It is attached.
The lever member 28 includes a swinging fulcrum regulator 29 having the same structure as that of the embodiment of FIG.
Supported through The other end is rotatably attached to the peripheral edge of the rotary plate 31 via the pin 30.
Be connected. The swing fulcrum regulator 29 has a pin 28a, Roller 28b, Information board 2
8c, 28d. Guide plate 28c, 28d is the piston 25
It is provided along the reciprocating direction, The roller 28b is also movably supported in that direction.
It The center of rotation of the rotary plate 31 is fixed to the crankshaft 32, for example.
In this example, Spark plug 3 near the top dead center of piston 25 in the compression process
When the mixture is ignited by 3, The piston 25 is pushed down by the explosion of the air-fuel mixture.
Be done. This pressure is applied to the roller 26, It is transmitted to the lever member 28 through the pin 27 and the pin 3
From 0 to the disk 31, Converted to rotational force, Transmission to crankshaft 32
To be done.
In the example of FIG. Due to the explosion pressure, the piston 25 moves the inner wall of the cylinder 20.
It is pressed against, The piston 25 and the lever member 28 serve as a movable force point.
Since it is connected via a gulator, Piston 25 is made from lever member 28
I do not receive The side thrust will be greatly reduced compared to the conventional case. As well
, The swing fulcrum of the lever member 28 is also supported by the swing fulcrum regulator 29.
, Therefore, the reciprocating motion of the piston 25 is converted into a rotary motion with little loss.
in this case, The piston 25 should be pressed against the cylinder 20 with a strong force.
Because there is no The main part of the piston 25 can be made of ceramic, for example.
It Also side sl
Because the strike becomes smaller, Energy loss is reduced, Compare idling speed
If it is less than 50 rotations, There is also a great advantage in terms of fuel consumption.
The embodiment of FIG. Two cylinders and two pistons are coaxial in the embodiment of FIG.
Connected to Simplify the configuration, The efficiency is further improved. Therefore, Figure 5
4 corresponding to those in FIG. 4 are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
I will simplify it.
In FIG. A pair of intake pipes 21a are provided on both end surfaces of the cylinder 20, 21b, exhaust
Tube 22a, 22b, Spark plug 33a, 33b is attached. This cylinder
A piston 25 is inserted in the 20 In this piston 25, the power point regulator
As a roller 26, Pin 27, Guide plate 25a, 25b is provided. Pin 27
Attached to one end of the lever member 28, The lever member 28 has a fulcrum regulator 29.
It is rotatably connected to the power passive portion 30a of the crankshaft 32 via the. this
The power passive portion 30a corresponds to the pin 30 in the embodiment of FIG.
In the embodiment of FIG. 5, the intake pipe 21a, 21b, Exhaust pipe 22a, 22b is illustrated
There is a valve that opens and closes at a predetermined timing, This part is a normal 4 size
It may have the same configuration as the Kuru engine, It is omitted here.
The crankshaft 32 is rotated by a starter motor (not shown), and
The stone 25 moves in the cylinder 20 and approaches the left end in the figure, At this time the mixture
Compressed
And Here, when the air-fuel mixture is ignited by the ignition plug 33a, Piston 25
Pressed to the right in the figure, When the lever member 28 is pulled through the pin 27 of the power point regulator,
It is rotated in the measuring direction. When the lever member 28 is rotated clockwise, the crank shear
The shaft 32 is rotated counterclockwise. As a result, The piston 25 is inside the cylinder 20
To move to the right edge of the figure, At this time, exhaust gas is discharged. here, Not illustrated
If the explosion process occurs in the second cylinder, Crankshaft 3
2 is continuously rotated.
If an explosion process occurs in this second cylinder, The piston 25 in FIG. 5 is the left side in the figure.
The exhaust gas is discharged from the pipe 22a by moving in the direction From the intake pipe 21b
The mixture is inhaled. When the piston 25 comes to the left end in the drawing, another third
When the explosion process occurs in the cylinder, The piston 25 in FIG. 5 moves to the right in the figure.
hand, The air-fuel mixture sucked from the intake pipe 21b is compressed. Piston 25 is Shirin
It moves in the da 20 and approaches the right end in the figure. At this time, the spark plug 33b is ignited
Then, The piston 25 is pushed leftward. In this way, the crankshaft 32
Are continuously rotated.
FIG. 6A shows a case where two cylinders having the structure shown in FIG. 5 are connected to the crankshaft.
Figure showing the combined 4-cycle engine process, Figure 6 (b) is the same as (a)
A 4-cycle engine with four cylinders arranged so that the explosion process continues.
It is a figure which shows the engine process. in this case, Be sure to push on both sides of the lever member 28 in FIG.
So that the explosion process occurs in
Exercise efficiency will increase, A quiet engine with little vibration can be realized.
In this example, The piston 25 is well balanced on both sides of the pin 27.
Placed, Moreover, the lever 26 corresponding to the conventional connecting rod is interposed by the roller 26.
And guide plate 25a, Since it is only in line contact with 25b, During the explosion process
The piston 25 does not give a large side thrust to the cylinder 20. Therefore
, Energy loss due to this side thrust is small, High efficiency reciprocating
You can configure the engine. Also, Since a large force does not act on the piston 25,
The piston 25 may be made of ceramic.
If the reciprocating engine can be made into ceramic, Internal temperature of cylinder 20
The degree can be increased to 2 to 3 times that of the conventional type. Conventional reciprocating engine
Is known to have a thermal efficiency of 20%, In this example, Mechanical loss
Can be greatly reduced. For example, If it can cover 10% mechanical loss
Then, The remaining 70% of heat loss can be reduced to one third, 10 plus 70/3
Plus 20, That is, a high efficiency of 50% or more can be obtained.
Also, Total friction function from piston 25 to crankshaft 32
Since the number is extremely small, It becomes a smooth movement as a whole, Eg eye
It is also possible to set the ring rotation speed to 50 RPM or less.
7 to 10 show a horizontal coaxial type cylinder in which the cylinder of the embodiment of FIG. 5 is placed horizontally.
An example of a 4-cycle engine is shown.
In FIG. Proposal provided on piston 41a inserted into cylinder 40a
The roller 43a is fitted into the inner groove 42a, Of the lever member 45a by the pin 44a
It is attached to one end.
The lever member 45a includes a pin 46a and a roller 46a inserted in the guide groove 46a.
It is supported by a swinging fulcrum formed by being coupled via. The other end of the lever member 45a
It is connected to the crankshaft 49a. The crankshaft 49a is shown in FIG.
A belt 61 and a roller 62a, which are connected members, 62b, 62c, 62d,
Camshaft 50a via 62e, Connected to 50b, Camshaft 50a,
Cam 51a attached to 50b, 51b is driven. This cam 51a, 5
1b is a swing fulcrum regulator 52a, Lever member 53a having 52b, 53b
Through the valve 54a, 54b is driven.
In addition to this valve 54a, one side of the cylinder 40a is provided with another valve as shown in FIG.
Two valves 55a are provided. This valve 55a is similarly used for the lever member 5
It is driven by 6a. On the other side of the cylinder 40a, in addition to the valve 54b,
As shown in FIG. 8, another valve 55b is provided. This valve 55
b is similarly driven by the lever member 56b. Cylinder 40 in FIG.
a pair of spark plugs 57a on both sides of a, 57b, 58a, 58b is attached
Have been.
FIG. 9 is a side view showing the lever member 45a of FIG. 7 by cutting it.
is there. The crankshaft 49a connected to the lower end of the lever member 45a is Bearing 6
0a, It is rotatably supported by 60b.
The engine shown in FIGS. 7 to 10 is basically the same as that shown in FIG.
Therefore, the explanation of the operation is omitted, The piston 2 is attached to the drive mechanism of the valves 54a-55b.
5 and the same lever member 28 used between the crankshaft 32,
In addition, the engine can be rotated at high speed.
Below in FIG. An example of the valve opening / closing mechanism will be described with reference to FIG. Figure 11 is a tape
Is applied to How to move tappet 70 to the tip of tappet 70
Forming a guide groove 71 in a direction orthogonal to the direction, Insert the roller 72 into this guide groove 71
To do. The roller 72 is attached to one end of the lever member 74 via a pin 73, The other end
A valve shaft 75 is rotatably attached to the. Swing fulcrum of lever member 74
Is supported by a roller 77 via a pin 76, The length of the roller 77 lever lever 74
Holds on the engine body 79 by the guide groove 78 so that it can move freely in the hand direction
To be done.
A valve 80 is formed at the tip of the valve shaft 75, On the valve shaft 75
The seat cap 81 is fixed, It is inserted between this seat 81 and the engine body 79.
An example is the valve 80 formed at the tip of the valve shaft 75 by the coil spring 82.
For example, the exhaust hole 8 is always closed.
When the valve opening / closing mechanism is formed in this way, Up and down movement of the tappet 70 is impossible
Transmitted to the valve shaft 75, Only
Also, the movement of the valve shaft 75 moves above the guide groove 71 formed at the tip of the tappet 70.
Because it is regulated by the side wall 71a. Even if the engine rotates faster, Valve 80
Accurately follow the vertical movement of the tappet 70, So-called crash does not occur
. Therefore, The rotation of the engine can be dramatically increased compared to the past.
FIG. 12 shows an example applied to an OHC valve. The difference from FIG. 11 is that Tapette
Driven by an overhead cam 85 instead of the motor 70, Guide groove 78
It is only formed between the guide plate 78a and the engine body 79, That
The operation is basically the same.
All of the above embodiments relate to a conversion device between rotary motion and linear reciprocating motion.
But In the embodiment described below, the rotary motion is directly reciprocally moved.
A device for converting into motion.
FIG. 13 shows the structure 111 of the basic actuator. Figure smell
hand, The disc 100 is rotationally driven by being connected to an electric motor (not shown) via a rotary shaft 101.
To be done. A lever member 103 is connected to the periphery of the disk 100 via a pin 102,
The swing fulcrum pin 104 of the lever member 103 is provided with two parallel rollers via a roller 105.
Guide plate 106, Freely rotatable between 107, And it is movably supported. these
All the components of are housed in a rectangular box 109, The part of the disk 100
In particular, it is enclosed in the shock absorber filler 110.
In such a configuration 111, For an electric motor not shown
When power is supplied and the disc 100 is rotated, Pin 102 rotates this disk 100
Along with that, a circular motion is drawn by drawing a locus having substantially the same size as the circumference of the disk 100. to this
Accordingly, the roller 105 is guided by the guide plate 106, Followed linearly between 107, Lever member 10
3 reciprocally rotates about the swing fulcrum 104. With such a configuration, the rotating disk 10
The rotation of 0 is smoothly converted into the reciprocating rotational movement of the saw member 103. still, Lever member
The reciprocal rotation angle of the swing fulcrum 104 and the force point 102, The ratio of the distances between the points of action 104
Therefore, it can be changed.
FIG. 14 shows a wing of a flying object constructed by using two basic configurations 111 of FIG.
It (A) is a front view, (B) is a plan view. In FIG. Rotating disk 121
, 122 are respectively driven by being connected to an electric motor (not shown). This rotating disk 121
, The rotational movement of 122 is caused by a swing fulcrum regulator 123, Through the lever through 124
One wing 125a, 126a, Transmitted to This is converted into a flapping movement. still
, Here, as shown in FIG. 14B, another pair of wings 125b, 126b is provided
The These are driven by other similar drive mechanisms.
In FIG. 15, one end of the lever member 133 is connected to the peripheral edge of the rotating body 131 via a pin 132.
It shows a tied structure. in this case, The lever member 133 is used as a crane arm
Can be. A balance weight 134 is provided at the rear end of the lever member 133, Ku
It is arranged as a lane so that smooth movement can be performed.
16, In the embodiment of FIG. 17, A mounting member 1 for the rotating shaft of the electric motor 141
The support shaft 143 is tilted by 42
Attach A rotatable roller 145 is attached in the middle of the support shaft 143, This low
Two guide plates 146 parallel to each other, It has a structure sandwiched by 147. This
Then, the support shaft 143 draws a rotation locus forming a cone with the roller 145 as the apex.
Ku. For this reason, When a triangular plate 148 is attached to the support shaft 143, Ship pro
It can be operated as a propeller.
FIG. 18 shows a humanoid foot using three basic structures 111 shown in FIG.
A configuration example is shown. That is, The tip of the lever member 103A of the basic structure 111A is the basic structure.
It is fixed to the case 109B of 111B, Of the lever member 103B of the basic structure 111B
The tip is fixed to the case 109C of the basic structure 111C. here, Respectively
The disks 100A to 100C having the basic configuration 111A to 111C of FIG.
When driven more, The lever members 103A to 103C rotate, Human Noi
It is possible to move the foot.
FIG. 19 shows a humanoid arm using three basic structures 111 shown in FIG.
A configuration example is shown. That is, The tip of the lever member 103A of the basic structure 111A is the basic structure.
It is fixed to the case 109B of 111B, Of the lever member 103B of the basic structure 111B
The tip is fixed to the case 109C of the basic structure 111C. here, Respectively
The disks 100A to 100C having the basic configuration 111A to 111C of FIG.
When driven more, The lever members 103A to 103C rotate, Human Noi
The arm can be moved.
FIG. 20 is configured as a balancer of a robot, for example.
Yet another embodiment of the present invention will be described. (A) is the side view, (B) is a top view
. This embodiment also uses two basic configurations 111 shown in FIG. First basic structure
The tip of the lever member 103A of the component 111A is connected to the case 109 of the second basic structure 111B.
The arms 151 protruding from the rear of B are fixed to each other at an angle of 90 degrees. First
A cylindrical weight 152 is attached to the tip of the lever member 103B of the second basic configuration 111B.
Attached. Therefore, With the rotation direction of the lever member 103A of the first basic configuration 111A,
The rotation direction of the lever member 103B of the second basic configuration 111B is an angle of 90 degrees with each other.
have. Therefore, For example, attach this balancer to a robot that walks on two legs.
Attachment According to the output of the robot attitude sensor, the basic configuration 111A, Of 111B
Lever member 103A, If you rotate 103B, Performing extremely good attitude control
Can be.
In the embodiment shown in FIG. 5, the reciprocating motion of the piston 25 is moved by one lever member 28.
The case of outputting the rotation motion to the crankshaft 32 of This fixie
The reciprocating motion of the rotor 25 is rotated by a plurality of lever members to a plurality of crankshafts.
It can also be configured to output as a motion.
FIG. 21 is an embodiment showing an example thereof, It is formed almost in the center of the piston 25A.
The four lever members 28A are provided inside the annular cutout portion 25AA, 28B, 28
C, Insert the tip that will be the 28D force point, Each is a part of the power regulator
LA 26A, 26B, 26C, 26D is freely rotatable. The end portion of the cutout portion 25AA.
25Aa, Engaged between 25 Abs.
Four lever members 28A, 28B, 28C, Should be the fulcrum of the middle part of 28D
In position, Rollers 28Aa, 28Ba, 28Ca, 28 Da is freely rotatable
Attached A pair of guide plates 28cA, 28dA; 28 cB, 28 dB; 28
cC, 28dC; 28cD, It is rotatably supported between 28 dD.
Also, Four lever members 28A, 28B, 28C, The point of action of the other end of 28D
Crank arm 30A, 30B, 30C, Rotate freely to 30D
Is engaged with.
Therefore, Drive the piston 25A to reciprocate in the cylinder 20.
If It is possible to obtain four rotation outputs that are synchronized with each other.
FIG. 22 shows a four cylinder star engine according to still another embodiment of the present invention.
FIG. In the figure, First, The second common cylinder 161, 162 is This
The cylinder axes of these are arranged parallel to each other. Cylinder 161,
Both ends of 162 are head covers 163, 164, 165, Closed by 166
. Two valves 167a, 167b is provided to penetrate the head cover 163.
. Similarly, the valve 168a, 168b, 169a, 169b, 170a, 17
0b is the head cover 164, 165, Mounted through 166.
First, The second piston member 171, 172 is provided in the cylinder 161,
They are connected to each other by a connecting member 173. Piston member 171, Between 172
Two plans
Inner plate 174, 175 is provided, These two guide plates 174, Low between 175
La 176 is these two guide plates 174, 175 in the axial direction of the cylinder 161
It is inserted so that it can move freely at a right angle. Piston member 171, Concave at 172
Part 171a, 172a is formed, It is designed to reduce its weight. This
These recesses 171a, The open end of 172a has a piston plate 177, According to 178
Closed, Combustion chamber 179, 180 is a head cover 163, 164 and piston pump
Rate 177, And 178. Piston member 171, 172 and Siri
The combustion chamber 179, Sealing material for sealing 180
Alternatively, a piston ring is provided.
Similarly, The second piston member 185, 186 in the cylinder 162
Is provided, They are connected to each other by a connecting member 187. Piston member 185, 18
Between the six, two guide plates 188, 189 is provided, These two guide plates 188,
A roller 190 is provided between the two guide plates 188, Cylinder between 189
It is inserted so that it can be freely moved at right angles to the axial direction of -162. Piston part
Material 185, 186 is a recess 191a, 192a is formed, Reduce its weight
It has become so. These recesses 191a, The open end of 192a is the piston
192, Closed by 193, Combustion chamber 194, 195 is the head cover 16
5, 166 and piston plate 192, And 193. Combustion chamber 19
4, The sealing material 196 for sealing 195 is
It is provided similarly to the dar 161.
Cylinder 161, 162 is fixed to the frame 200, as a result, Cylinder
-161, 162 are parallel to each other and the center rod 20 of the crankshaft 202.
1 is cylinder 161, It is held perpendicular to the axis of 162.
The roller 176 is rotatably attached to one end of the lever member 203 by the pin 204.
Attached. The lever member 203 is formed by the support roller 204a and the pin 204b.
The swing fulcrum 204 formed by the guide plate 204c, Held during 204d.
This guide plate 204c, 204d freely moves the lever member 203 in its longitudinal direction
Is a swinging fulcrum regulator for supporting. The other end of the lever member 203 is
The rank shaft 202 is rotatably coupled to the power transmission unit. Similarly, Low
A rail 190 is rotatably attached to one end of the lever member 205 by a pin 206.
It The lever member 205 is formed by a support roller 207a and a pin 207b.
The swinging fulcrum 207, Held during 207d. this
Guide plate 207c, 207d allows the lever member 205 to move freely in its longitudinal direction.
It is a swing fulcrum regulator for supporting. The other end of the lever member 205 is a crank
It is rotatably coupled to the power transmission unit of the shaft 202.
When a spark plug (not shown) is urged in the combustion chamber 179, Via valve 167a
Then, the fuel gas mixed with the fuel and the air introduced into the combustion chamber 179 burns, Piss
Ton member 171,
Push 172 towards the head cover 164, Combustion chamber 180 through intake valve 168a
The fuel gas introduced into is compressed. At the same time, Fuel gas is introduced into the combustion chamber 194
Entered, Exhaust gas is exhausted from the combustion chamber 195 via the exhaust valve 170b.
When the piston member 171 is pushed toward the combustion chamber 180, Guide plate 174, 17
Roller 176b between 5 moves in the same direction, The lever member 203 is the roller 204a.
Swings counterclockwise around the pin 204b, At the same time, the roller 204a is a lever member 2
03 in the longitudinal direction of the guide plate 174, You will be guided through 175. As a result, crank
The shaft 202 rotates clockwise around the center rod 201.
As a result of working like this, The piston member 171 reaches its bottom dead center, piston
The member 172 reaches its top dead center, The introduced fuel gas is compressed in the combustion chamber 180.
Be done. When the compressed gas is ignited by a spark plug (not shown), Piston member 1
72 is pushed toward the head cover 163, Of the lever member 203
Rotate clockwise around, Crankshaft 202 is shown in the clockwise direction indicated by arrow A
Rotate to.
In this way The so-called explosion process is the combustion chamber 179, 180, 194, 195
Occurs in the order of So-called 4 cycle process, Ie inhalation, compression, explosion, Exhaust process
Each combustion chamber 179, 180, 194, At 195, Crankshaft 2
02 is rotated continuously.
In the embodiment shown in FIG. 22, two cylinders 161, 162
Can be used to form a four-cycle engine, Reciprocating engine
Small gin, The weight can be reduced.
further, In the present invention, the swinging fulcrum type lever device 203 is used to control the piston operation.
Can be transmitted to the shaft, Cylinder 161, Pist for the inner wall of 162
Member 171, 172, 185, No side thrust of 186 occurs,
The movement of the piston member can be transmitted very smoothly without energy loss.
You can Therefore, Engine idling speed from 1000 rpm
For example, it can be reduced to 50 rpm. further, Lever member 203, 20
Since the length of 5 can be set to the same, From the center axis of the cylinder 161, the crank shuff
The distance to the center of Trod 201 From the center axis of the cylinder 162 to the crankshaft
Since it can be made equal to the distance to the center of the rod rod 201, 4 cycles
The vibration of the reciprocating engine can be minimized.
Furthermore, Cylinder 161, Piston member 171, against the inner wall of 162; 172,
185, Since 186 side thrust does not occur, Ceramic piston member
You can The overall weight of the piston member and engine can be reduced.
FIG. 23 shows an embodiment in which the present invention is applied to an 8-cylinder star engine, FIG.
Using the two 4-cylinder engines shown in 2 with an 8-cylinder reciprocating engine
did. The eight cylinder engine of FIG. 23 has four cylinders 161, 162, 261,
262 can be used. Cylinder 161, 162 is shown in FIG.
It is the same as Therefore, this
These cylinders 161, 162 as well as cylinder 361, Description of the 362 configuration
It is omitted here. However, Lever member 203, 205 is a single crankshaft
-Connected to the arm 202a, Lever member 403, 405 is a crankshaft
Is connected to a crankshaft arm 202b different from the boom 202a, Both
Constituted 180 degrees apart from each other with respect to the center of the crankshaft rod 201
ing.
here, The operation of the 8-cylinder reciprocating engine shown in FIG. 23 will be described. Figure
In 23, The piston member 171 is provided in the combustion chamber 179 in the cylinder 161.
As a result of the explosion process, It is at the bottom dead center. at the same time, The piston member 185 is also the cylinder 1
As a result of the explosion process in the combustion chamber 194 in 62, It is at the bottom dead center. This time, Burn
Baking chamber 180, 195 is at the end of the compression process, Piston member 371,
372, 385, 386 are cylinders 361, It is at the midpoint within 362.
Combustion chamber 180, The compressed fuel gas in 195 is discharged by a spark plug (not shown).
When ignited, Lever member 203, 205 is clockwise, Rotated counterclockwise
And The crankshaft rod 201 is rotated in the direction of arrow A. Therefore, hand
This member 403, 405 is clockwise, Rotated counterclockwise, This will burn
Chamber 380, The fuel gas in 395 is compressed, Combustion chamber 379, Fuel gas for 394
Is inhaled.
In the embodiment shown in FIG. 23, all the lever members 203, 205, 403, 405
Can be formed with the same dimensions, Therefore, the structure of the 8-cylinder engine
Center rod
201 can be symmetrical, Vibration of the engine can be further reduced.
According to the respective embodiments described above, The force applied to the reciprocating piston
A swing fulcrum is provided as an inner fulcrum between the point and the point of action engaged with the crankshaft.
Because For example, the reciprocating motion of the piston of a 4-cycle reciprocating engine
Energy loss when converting to the rotational movement of the crankshaft can be reduced, Sera
It is also possible to reduce the weight by mimicking, Mutual conversion device between circular motion and reciprocating motion
Can be obtained.
The present invention uses a lever device having a swing fulcrum to perform mutual conversion between circular motion and reciprocating motion.
Is a device that When the swing fulcrum described above is used as an inner fulcrum,
Or Using a lever device with an oscillating fulcrum as an external fulcrum, the mutual conversion between circular motion and reciprocating motion is performed.
It is also possible to configure an apparatus for performing the operation. Less than, This embodiment will be described.
FIG. 24 shows the mutual movement of a circular movement and a reciprocating movement using a lever device having a swing fulcrum as an outer fulcrum.
It is sectional drawing which shows the whole structure of other Example of this invention which performs conversion. This practice
An example is to place a cylindrical piston 212 in a cylindrical cylinder 211 placed horizontally,
A vertical facing wall surface 213 is formed in a partial cutout portion of the central portion of the piston 212, 214
It is a 4-cycle engine based on the formed cylinder structure. Cylinder 211
At both ends of the cylinder head 211A, 211B is attached, Siri of each
Head 211A, Although not shown in 211B, Spark plug and intake, exhaust
A valve is provided. This piston
A piston ring (not shown) is attached to the outer circumference of each end of 212, Cylindrical
The inner wall of the cylinder 211 is sealed.
The vertical opposing wall surface 213, Both wall surfaces 213 between 214, Distance between 214
A rotary roller 217 having a diameter approximately equal to This rotating roller 217
This wall 213, As the force point of the lever member 218 protruding downward from between 214
It is rotatably attached to the upper end of. Therefore, the vertical opposing wall surface 213, 214 is
A force point for holding the force point of the lever member 218 swingably via the roller 217.
Functions as a guulator.
The cylinder 211 has a pair of support frames 215 at its lower part, Supported by 216
To be done. This support frame 215, A spacer 215a is provided on the inner facing wall surface of 216.
, Guide plate 219 through 216a, 220 is attached. This guide plate 219
, A rotary roller rotatably attached to the lower end of the lever member 218 is provided between 220.
Roller 221 is inserted. The lower end of the lever member 218 functions as a fulcrum, guide
Plate 219, A fulcrum is supported swingably in the longitudinal direction of the lever member 218 between 220.
So This is called the swing fulcrum, Guide plate 219, 220 is a swing fulcrum regulator
To call.
The middle point of the lever member 218 is rotatably attached to the crankshaft 222 as an action point.
It is connected. Therefore, The upper end of the lever member 218 reciprocates the piston 212.
When driven more to the left and right, The lever member 218 uses the center of the roller 221 as a fulcrum.
Clockwise, Rotate counterclockwise. At this time, Roller 217, 221 is each plan
Inner plate 213, 214, 219, The rotation of the crankshaft 222 between 220
The lever member 218 is smoothly guided in its longitudinal direction. As a result, Lever member
The upper end of 218 swings by the reciprocating linear motion of the piston 212 via the roller 217.
Then, This reciprocating motion is smoothly rotated by the crankshaft 222.
Will be converted.
That is, By the reciprocating motion of the piston 212 to the left and right, the piston 212 and the cylinder
The side thrust generated between the inner wall of da 211 is Roller 217, 221 times
Absorbed as a roll, The mechanical loss in this part is extremely small.
Also, The engine of this embodiment has a stable speed at a very low speed of, for example, 100 rpm or less.
In order to maintain the Install counterbalance on crankshaft 222
No need to kick Also, since there is no need to use a flywheel, This engine
Even when loaded in a car, Its acceleration, No energy loss during deceleration
, The shaft output efficiency is extremely improved.
FIG. 25, 26, FIG. 27 shows the force points of the lever member 218 in the embodiment of FIG. 24, respectively.
Center 217c of the rotary roller 217 as Rotating roller 2 as a swing fulcrum
21 rotation center 221c, Connection point 2 with crankshaft 222 as point of action
22c shows the locus of movement of 22c. FIG. 25, FIG. 27 shows the distance between the fulcrum 221c and the power point 217c.
An example in which the ratio of the distance between the fulcrum 221c and the action point 222c is 2: 1, Figure 26 shows fulcrum 2
21c
And the distance between the fulcrum 221c and the action point 222c are 4: 1.
Shows an example of. As you can see from these locus diagrams, Flat circle of power point 217c
The action point 222c connected to the crankshaft 222 for the movement of the
Exercise, The swinging fulcrum 221c is a straight line along the longitudinal direction of the lever member 218.
I am doing a return exercise.
The solid line in FIG. 28 indicates the relationship between piston displacement and engine rotation angle in the embodiment shown in FIG.
Is a graph showing the relationship It has a perfect sine curve. Therefore, 0 to 1
Ideal for ignition position before top dead center of piston 212 in compression stroke up to 80 degrees
It is a typical piston position, Ignition with combustion gas fully compressed
For, Maximum combustion pressure occurs. on the other hand, In the expansion stroke after 180 degrees, normal air
Since the rapid displacement of the piston 212 is suppressed compared to the engine, Combustion generated
The maximum pressure is transmitted to the piston 212, Efficiently converted to mechanical energy
It This state is shown by the solid line in FIG. From FIG. 29, combustion gas is sufficient in this invention.
Because it is ignited in a compressed state, Clearly shows that maximum combustion pressure occurs
Has been done.
here, The piston 212 of the embodiment of FIG. 24 is displaced with a perfect sine curve.
The child will be described in detail with reference to FIG.
FIG. 31 shows the piston 212 in FIG. A lever member 218, Crank crank
And FIG. Amount of displacement of the lever member 218 in the longitudinal direction
X, The displacement amount y of the piston 212 in the cylinder 211, Lever
From the rotation center 221c of the rotation roller 221 as the swinging fulcrum of the member 218 to the force point 2
The distance to 17c is L1, Connected to the crankshaft 222 from the power point 217c
The distance to the action point 222c is L2, The radius of rotation of the crankshaft 222 is r,
The angle formed by the lever member 218 and the crankshaft 222 is α, Crankshaft
The rotation angle of 222 is θ.
That is, The displacement amount y of the piston 212 in the embodiment of FIG. 24 is expressed by the following equation.
y = L1sinα (2)
by the way, rsin θ = (L1−L2) sin α
Therefore, sin α = r (L1−L2) sin θ (3)
Substituting equation (3) into equation (2),
y = L1 {r / (L1-L2)} sin θ
Therefore, the displacement amount y of the piston 212 is
y = {L1 / (L1-L2)} rsin θ (4)
As is clear from the equation (4), This equation is shown only by the first-order term of θ
, A complete sine curve is shown as shown by the solid line in FIG. Therefore, Piston 2
12 displacements show the ideal state, The thermal energy generated in the cylinder 211 is effective.
It will be efficiently extracted as mechanical energy. In addition, The structure shown in FIG.
Prepare another engine and make a 180 degree phase difference on the crankshaft 222.
Drive the two pistons to be displaced with a phase difference of 180 degrees.
If All the vibrations generated from the piston will be canceled, Extremely quiet
The engine is obtained.
The table of FIG. 32 is an inner fulcrum constructed by applying the present invention, Pry the lever member of the outer fulcrum
2000CC used for power transmission mechanism from ton to crankshaft, 4-cylinder d
Various engine characteristics of engine The characteristics of an engine with a conventional connecting rod
It is shown in comparison with sex. In addition, This data shows that each stroke is 86 mm
, It is a characteristic when an engine having a bore diameter of 86 mm is operated at 3000 rpm.
In the following explanation, for simplicity, Inner fulcrum, Lever member of outer fulcrum is used for power transmission mechanism
Each engine has an internal fulcrum Z mechanical engine, External support Z mechanical engine.
As is clear from FIG. 32, Check loss output due to piston side thrust
When, In a normal engine, while it reaches about 19% of the indicated output, Inner fulcrum
With the Z engine, 8. It is halved to 6%, and it is 2. With 7%
It can be seen that it is extremely low. Here, the indicated output is the combustion of the engine
It is the work amount obtained by subtracting exhaust loss and heat loss from the output. The inner fulcrum of this invention,
In the fulcrum Z engine, the force point when the piston is displaced, that is, the piston is moved
Since there are few point shifts, the moment to rotate the piston is small, and
Since the surface pressure of the piston is reduced, the friction coefficient is also reduced, and the side thrust work is extremely
Less.
Further, as is clear from the uppermost column of FIG. 32, the indicated output of the normal engine is the inner fulcrum.
It is smaller than both the Z mechanical engine and the external fulcrum Z mechanical engine. this
Is due to the phenomenon of “late rising, premature falling” of the piston, as described above.
The side thrust work is the balance of the force of each piston, and
The side thrust force is calculated by integrating from 0 to 720 degrees at the crank angle of ft.
Therefore, it was calculated by multiplying the friction coefficient. The conditions at this time were determined as follows.
Friction coefficient: Normal engine ... 366
Inner fulcrum Z engine ... 0. 340
Outer fulcrum Z engine ... 166
For the determination of the coefficient of friction, refer to the Mechanical Engineering Handbook. This coefficient of friction is
The piston of the engine normally pushes the cylinder, although it changes depending on the surface pressure at the engine
The average pressure is about 30. 2 kg, inner fulcrum Z engine is about 18. 9k
g, outer fulcrum Z engine is about 7. Since it was 1 kg, it was determined as described above.
Also, as mentioned above, in a normal engine the flywheel and counter
The weight loss is a little less than 2% in total, but the swing fulcrum lever member is used for the power transmission mechanism.
The engine used is zero.
In a normal engine, the indicated work amount is said to be about 38% of the total heat work amount of fuel.
There is. This is calculated to be 80. It is 17 PS. Also,
The work amount obtained by subtracting the mechanical loss from the work amount becomes the effective work amount (axial output). Sides
Estimating the work done by the last as 85% of the mechanical loss, the mechanical loss is 17. 52P
It becomes S. When this is subtracted from the indicated work amount, 62. 7 PS
Is shown. Outer fulcrum Z The mechanical loss of the mechanical engine excluding the side thrust work is the same.
It is calculated as the same as that of the regular engine.
The side thrust loss output (J) is particularly noted from FIG. this is
In the present invention, 207. 8 and 66. It is 0. Especially at the outer fulcrum, conventional normal engine
It can be seen that it has decreased significantly to 15%. Compared with inner fulcrum Z mechanical engine
However, it has decreased to about 1/3. Sides in the history of engine improvement to date
Various attempts have been made to reduce the last, but there are no examples of such a significant reduction.
is there.
As a result, the output increase rate of the actual effective output is 1. 00
In the case of the inner fulcrum Z mechanical engine that uses the lever member of the inner fulcrum for the power transmission mechanism,
No. 17 and the external fulcrum Z mechanical engine using the lever member of the external fulcrum is 1. 23
Which is an increase of 23%.
Also, the weight of the outer fulcrum Z mechanical engine is estimated with a 2000 cc, 4-cylinder engine.
Then 111. It becomes 8 kgf. On the other hand, in the normal engine, 149. It is 0 kgf
From about 33. The weight can be reduced by as much as 3%. Also in terms of size, approximate dimensions
At 685. 0x610. 0x615. 450 × 550 for 0. 0x420.
Since it is 0, it is significantly compact.
Also, the output per weight of the outer fulcrum Z mechanical engine is 6500 rpm.
1. It is 47 PS / kgf, whereas the normal engine has the same 6500r.
In pm, 0. It is 97 PS / kgf.
Note that the device of the embodiment shown in FIG. 24 is a reversible device.
For example, connect an electric motor (not shown) to the crankshaft 222 to drive it in rotation.
Causes the piston 212 to reciprocate in the cylinder 211 to compress the liquid or gas.
It can be used as a pump for pumping.
Also in this case, the side thrust generated by the reciprocating motion of the piston 212 is
Since they are absorbed as the rotations of the rollers 217 and 221 respectively, as in the embodiment of FIG.
The mechanical loss in this part is extremely small.
33, 34, and 35 show outer fulcrums in which the present invention is applied to a two-cycle engine.
2A and 2B are schematic configuration diagrams showing an embodiment of the above, respectively, a cross-sectional view seen from the front and a cross-section seen from the top.
It is a figure and a side sectional view. 33-35, the two-cycle engine system
An intake hole 231 and an exhaust hole 232 are provided above the binder 230. Cylinder 2
A cylinder head 233 is provided at the upper end of 30. Note that the intake hole 231 is
Through the crank chamber 241A formed in the gin block 241, the engine blower
The carburetor 231a attached to the rack 241 is in communication with the carburetor 231a. Therefore,
By injecting a mixture of gasoline and lubricating oil from the carburetor 231a,
Also supply the lubricating oil for the piston 234 and the lever member 238.
Can be.
A piston 234 is inserted inside the cylinder 230. This piston 234
Has a pair of opposing guide walls 235a, 235b in a direction orthogonal to its central axis.
A cutout portion 236 is provided. Of the guide walls 235a, 235b
In between, a rotary roller 237 is rotatably mounted in a direction orthogonal to the central axis of the piston 234.
When inserted, the rotary roller 237 is rotatably attached to the force point 239 of the lever member 238.
It is attached. The guide walls 235a and 235b and the rotary roller 237 sway.
It will operate as a power point regulator.
The other end of the lever member 238 serves as a fulcrum 240 and is fixed to the engine block 241.
A rotary roller rotatably inserted between a pair of fixed guide plates 242a, 242b.
The rotation axis of the rotor 243 is fixed. These guide plates 242a, 242b and
The rotary roller 243 operates as a swing fulcrum regulator.
The lever member 238 is used as an action point between the force point 239 and the fulcrum 240.
The pin 244 is fixed, and the pin 244 is formed eccentrically with respect to the rotary spindle 245.
It is rotatably engaged with an eccentric plate 246 having a crank hole.
The piston 234 provided in the cylinder 230 and moving up and down along the inner wall of the cylinder 230 has
Although not shown, a ring is attached to the outer periphery of the ring to protect it from gas and oil.
The ring is done.
Also in the embodiment of FIGS. 33-35, the lever member 238 is similar to that of the embodiment of FIG.
It is supported via a similarly configured swing fulcrum regulator, and its point of action is pin 2
It is rotatably connected to the crank hole of the eccentric plate 246 via 44.
That is, in the two-cycle engine of this embodiment, the piston in the intake and compression process is
234 near the top dead center from the carburetor 231a by a spark plug (not shown).
Inhaled and compressed
When the air-fuel mixture is ignited, the explosion of the air-fuel mixture pushes down the piston 234.
It The movement of the piston 234 is transmitted via the roller 237 to the lever member 238 of the outer fulcrum.
Is transmitted to the eccentric plate 246 from the pin 244 and converted into a rotational force.
It is transmitted to the main shaft 245.
In the embodiment of FIGS. 33-35, the explosion pressure causes piston 234 to
The piston 234 and the lever member 238 are pressed against the inner wall of the da 230.
A swing force point regulation including guide walls 235a and 235b and a rotating roller 237.
Since the piston 234 is connected to the lever member 238,
The thrust force to the cylinder 230 due to the action is not generated, and the side thrust
The energy loss due to the strike will be greatly reduced. Similarly, the lever member 23
The rocking fulcrum of No. 8 also has guide plates 242a and 242b as rocking fulcrum regulators, and
It is supported by the rotating roller 243, so that the reciprocating motion of the piston 234 is
Converted to rotary motion with little loss.
In this case, the piston 234 is pressed against the cylinder 230 with a strong force.
Therefore, the main part of the piston 234 may be made of, for example, ceramic.
Can be. Also, since the side thrust becomes smaller, energy loss decreases,
The number of revolutions of the idling can be set to 50 revolutions or less, and also in terms of fuel consumption.
There are great advantages.
If the reciprocating engine can be made ceramic, the inside of the cylinder 230 will be
Increase the temperature by 2 to 3 times that of the conventional type
You can also. It is known that the thermal efficiency of a conventional reciprocating engine is 20%.
However, in this embodiment, it is possible to reduce the mechanical loss by raising the internal temperature.
You can For example, if the mechanical loss of 10% can be covered, the remaining 70
% Heat loss can be reduced to 1/3, 10 plus 70/3 plus 20,
High efficiency of 50% or more can be obtained.
The embodiment of FIGS. 36, 37 and 38 is the same as the embodiment of FIGS. 33-35.
Commonly used with the 230 and piston 234, symmetrical with the piston 234 in between
Two lever members 238A and 238B are provided at the position. Therefore, FIG.
6-FIG. 38 is the same as that of the embodiment of FIGS. 33-35.
Like reference numerals are given to omit or simplify the description.
In the embodiment shown in FIGS. 36 to 38, the main spindle is rotated by a starter motor (not shown).
Either or both of 245A and 245B are rotated, and, for example, the piston 23
4 moves in the cylinder 230 and approaches the upper end in the figure, at which time the air-fuel mixture is compressed.
It is assumed that Here, when the air-fuel mixture is ignited by a spark plug (not shown)
, The piston 234 is pushed downward in the figure, and the rotary roller 23 of the force point regulator is pressed.
7A and 237B, the lever members 238A and 238B are adjusted to the respective swing fulcrums.
Members 242aA, 242bA, 243A, 242aB, 242b that configure the data
It is rotated clockwise and counterclockwise with B and 243B as fulcrums. This lever
Material 238A,
When the 238B is rotated in the respective directions, the rotary main shaft 245A moves through the pin 244A.
Is rotated counterclockwise, and the rotary spindle 245B is rotated clockwise through the pin 244B.
It is rotated. As a result, the piston 234 moves in the cylinder 230 and moves downward in the figure.
Approaching the end, exhaust is completed at this time and the primary compression of intake gas is cranked.
It is performed in the chamber 241A. While this process is being repeated,
The engine will continue to run without the assistance of the starter motor. This result
As a result, the output of rotating from the single cylinder 230 and the piston 234 in opposite directions.
Will be obtained from the two rotating main shafts 245A and 245B.
In FIG. 39, the cylinders 250 placed horizontally are placed at opposite positions at opposite ends of the cylinder 250, respectively.
And the cylinder heads 251A and 251B are provided.
The horizontal coaxial type 4 sac is configured to drive one piston 252 to and fro between the two.
An example of an icicle engine is shown. In FIG. 39, inserted into the cylinder 250.
Between the pair of guide plates 253A, 253B provided on the piston 252
The rotating rollers 254A, 254B of are fitted and are set by the pins 255A, 255B.
Each of the lever members 256A and 256B is attached to one end which is to be a power point.
The other end of the lever member 256A has a rotating roller inserted in the pair of guide members 257A.
A swinging fulcrum regulator formed by connecting 258A and pin 259A.
Supported. The middle point of the lever member 256A is connected to the crank shuff through the pin 260A.
261A.
The other end of the lever member 256B has a rotating roller inserted in the pair of guide members 257B.
Oscillating fulcrum regulator formed by connecting 258B and pin 259B.
Supported. The middle point of the lever member 256B is connected to the crank shuff through the pin 260B.
261B.
A clutch connected to the lever members 256A and 256B housed in the crank chamber 269.
The shafts 261A and 261B are, for example, bells (coupling members) not shown.
Attached to the camshaft via a roller and roller.
The cam is driven. This cam is attached to each of the cylinder heads 251A and 251B.
Attached intake valves 262A, 262B and exhaust valves 263A, 263
B is driven at a predetermined timing to explode, exhaust, intake, pressure the 4-cycle engine.
The four steps of shrinking are performed. As a result, from the crankshafts 261A and 261B,
As shown by two arrows in FIG. 39, a horizontal synchronous reverse rotation twin output is obtained.
Is the engine shown in FIG. 39 basically the same as that shown in FIG. 33?
Although description of the operation is omitted, the intake valves 262A and 262B and the exhaust valve
The piston 252 and the crankshaft 261A are attached to the drive mechanism of the 263A and 263B.
If the same lever members 256A and 256B that are used between 261B and
Further, the engine can be configured to rotate at high speed.
The embodiment of FIG. 40 has substantially the same configuration as the embodiment of FIG.
However, it is more compact and closer to the actual manufacturing layout.
It Note that spark plugs 264A and 264B not shown in FIG. 39 are shown.
The cams 265A, 266A, 265B, 266B for driving the valves are shown.
And exhaust ports 267A, 267B, intake ports 268A, 268
40 is different from FIG. 39 in that B is specifically illustrated in FIG. Therefore the rest
39 are assigned the same reference numerals as those in FIG. 39, and the description thereof will be omitted.
41 and 42 use two basic structures of the embodiment shown in FIG.
Example in which the output from the engine is connected to one crankshaft and taken out
Is shown. 41 and 42, portions corresponding to the embodiment of FIG. 24 are the same or
Similar reference numbers are attached.
In FIG. 41, a cylinder block 27 around which a heat radiation fin 271 is formed.
Two cylinders 211A and 211B having the same inner diameter are formed in the horizontal direction 2 in the horizontal direction.
FIG. 42 has a structure corresponding to FIG. 24, taken along the line 40A-40A in FIG.
It is a figure which shows the engine structure containing the one cylinder 211A. The other cylinder 21
1B has the same configuration.
A piston 212A is inserted into the cylinder 211A, and the piston 212A
A pair of roller guide plates 213 are provided in the opening 273 that opens downward in the center of the roller guide plate 213.
Provided with A and 214A fixed to the piston 212A main body at a predetermined interval with screws
Can be A rotary roller 217A is inserted between the roller guide plates 213A and 214A.
This roller 217A is inserted
It is rotatably attached to the force point of the lever member 218A by 217cA. Leverage
A roller 221A is rotatably attached to a pin 221cA serving as a fulcrum of the material 218A.
Be killed. The roller 221A is formed below the cylinder block 272.
Mounted on the cylinder block 272 so as to project into the crank chamber 274.
It is sandwiched between a pair of guide plates 219A and 220A. Pair with this roller 221A
A rocking fulcrum regulator is constituted by the guide plates 219A and 220A.
A circular hole 222cA functioning as an action point is formed at an intermediate point of the lever member 218A.
This action point hole 222cA is located in the crankpin 275A of the crankshaft 275.
Is engaged with. For example, the crankshaft 275 has a phase difference of 180 degrees in terms of rotation angle.
Another crank pin 275B with is formed, and this crank pin 275B is already
The work formed on the lever member 218B provided in association with one cylinder 211B.
It is engaged with the point hole 222cB.
The crankshaft 275 is a cylinder block 27 that forms a crank chamber 274.
It is rotatably supported by penetrating the two opposing wall surfaces, and one of the protruding shafts is the main shaft of rotation.
277 is used for taking out the output, and the other protruding shaft 278 is a connecting member.
The drive gear of the starter motor 281 is driven through the belt 279 and the pulley 280.
282 and a camshaft (not shown), and is attached to the camshaft.
The driven cam is driven. This cam is installed on each of the intake heads attached to the cylinder head.
Deactivate the 4-cycle engine by driving the lube and the exhaust valve at the specified timing.
It is possible to carry out four steps of generation, exhaust, suction and compression.
FIG. 43 shows three rotation outputs obtained by using two basic structures of the embodiment shown in FIG.
It is a perspective view which shows schematically the Example comprised in this way. Therefore, each part is the same as in FIG.
The detailed description will be omitted.
In FIG. 43, a double coaxial piston 252A is provided in the first cylinder 250A.
The output of the piston 252A is inserted and the two swing force point rollers 254B1, 254B1,
It is taken out by lever members 256B1 and 256A1 via 54A1. Leverage
The fulcrum at the other end of the member 256B1 is provided with a pair of guide plates 2 that constitute a swing fulcrum regulator.
It is swingably supported by 57B1 and roller 258B1. Therefore, leverage
The rotational force of the member 256B1 is converted into the rotation of the crankshaft 260B1, and the arrow
Is taken out as the first rotation output indicated by.
The fulcrum at the other end of the lever member 256A1 has a pair of fulcrums that form a swing fulcrum regulator.
It is swingably supported by the guide plate 257A1 and the roller 258A1. Follow
The turning force of the lever member 256A1 is converted into rotation of the crankshaft 260A1.
And output as a second rotation output indicated by an arrow in the direction opposite to the first rotation output.
To be done.
On the other hand, in the second cylinder 250B, a dual coaxial piston 25 having the same structure is used.
2B is inserted, and the output of this piston 252B is two rocking force point rollers 254B.
Via 2,254A2
The lever members 256B2 and 256A2 are taken out. However, this two consecutive
The drive phases of the axial piston 252B and the dual coaxial piston 252A are opposite to each other.
For example, when the piston 252A is at the top dead center, the piston 252B is bottom dead.
Driven to be in point. The fulcrum at the other end of the lever member 256B2 is a swing fulcrum leg.
The pair of guide plates 257B2 and roller 258B2 that form the swaying device
It is movably supported. Therefore, the turning force of the lever member 256B2 is the crankshaft.
Converted to rotation of 260B2. Here, the crankshaft 260B2 is a clan.
It is formed integrally with the shaft 240A1 with a phase difference of 180 degrees.
Then, both are comprehensively taken out as the second rotation output indicated by the arrow.
The fulcrum at the other end of the lever member 256A2 is a pair of fulcrum fulcrum regulators.
It is swingably supported by the guide plate 257A2 and the roller 258A2. Follow
The turning force of the lever member 256A2 is converted into rotation of the crankshaft 260A2.
And is taken out as a third rotation output indicated by an arrow in the same direction as the first rotation output.
Be done.
In all of the above-mentioned embodiments, the reciprocating motion generated in the piston is oscillated.
It is transmitted to the crank device via the
It is an example in the case of converting and taking out. In addition, the lever member of this lever device is used as a swing support.
A rocking motion that extends further from the point position and has a pair of guide plates and rollers at the extension tip.
A point-of-use regulator is formed, through which a pump point
Reciprocating the stone
To extract two different types of mechanical power from one engine
You can also do it.
FIG. 44 is a schematic configuration diagram showing an example of this, and a sillin configured in the same manner as in FIG.
The reciprocating motion generated in the piston 291 inserted in the guide 290 is guided by the guide plate 291.
A lever member 29 is provided through a force point regulator composed of A, 291B and a roller 292.
3 to the rotary motion of the crankshaft 295 connected to the action point 294.
To be converted. The other end of the lever member 293 has a pair of guide plates 296A and 296B and a lower end.
Supported by a swing fulcrum regulator composed of a roller 297. Of lever member 293
The other end is further extended, and a roller 298 is rotatably attached to the extension tip.
It The roller 298 is inserted between the pair of guide plates 299A and 299B,
And others function as action point regulators. This pair of guide plates 299A, 299B
Is integrally molded and used as a piston, and reciprocates in the cylinder 300.
Thus, for example, it can be used as a pump.
With this configuration, the reciprocating motion generated in the piston 291 is pivoted to the outer fulcrum type lever device.
Transmission to the crank device 295 via 293, and the action of the intermediate point of the lever member 293.
It can be converted and extracted from the point 294 as a rotational movement. Furthermore, this lever
A swing action point regulation formed by a pair of guide plates and rollers formed at the extension tip of the material 293.
The engine of the pump is reciprocated through the
It is possible to extract two different types of machine output from.
The embodiment of FIG. 41 oscillates the reciprocating motion of two pistons in two juxtaposed cylinders.
Through the external fulcrum type lever device, the clutches of different rotation phases of a single crankshaft are
I configured it to take out a single output by connecting it to the
And place them in a different way to extract a single output from the middle of the two cylinders.
It can also be configured as follows.
FIG. 45 shows an example of this, and a piston inserted in the two cylinders 301 and 302.
Tons 303 and 304 are a pair of guide plates 305A, 305B, 306A, 3 respectively.
With 06B. A roller 307 is inserted between the guide plates 305A and 305B,
The roller 307 is rotatably attached to the force point of the first lever member 308.
A roller 309 is inserted between the guide plates 306A and 306B.
Is rotatably attached to the force point of the second lever member 310.
Rollers 311 and 31 are rotatably attached to the fulcrums at the other ends of the lever members 308 and 310, respectively.
2 is attached. The rollers 311 and 312 have a pair of guide plates 313A and 31, respectively.
It is supported by being sandwiched between 3B, 314A and 314B.
The lever members 308 and 310 have the same length as each other, and the points at which the lever members intersect are different from each other.
These are defined as the points of action of these, and these are commonly used as a single crankshaft of the crankshaft 315.
316 and is rotatably coupled.
In FIG. 45, the pistons 303 and 304 are moved to the cylinder 3 by the explosion of combustion gas.
When pushed downward in 01 and 302, this force is applied to the guide plates 305A and 305B.
, 306A,
Oscillating force point regulator composed of 306B and rollers 307, 309
Is transmitted to the lever members 308 and 310. The fulcrum of the lever members 308, 310 is the husband
Rollers 311, 312 and guide plates 313A, 313B, 314A, 314
Since it is supported by the swing fulcrum regulator composed of B, the piston 3
The linear movement of 03 and 304 is smooth and the crank pin 3 of the crankshaft 315 is smooth.
Converted to 16 as rotary motion.
All of the above embodiments relate to a conversion device between rotary motion and linear reciprocating motion.
However, according to the present invention, the rotary motion is directly controlled as in the embodiments described below.
It can also be applied to a device that converts a reciprocating motion of a member.
FIG. 46 shows an example thereof. In the figure, the rotating shafts 320 and 321 are husbands.
It is connected to an electric motor (not shown) via a power transmission mechanism (not shown) and driven to rotate.
It One ends of the rotary shafts 320 and 321 are connected to the lever member 32 via arms 322 and 323.
4, 325 are rotatably connected at a position separated from one end by a predetermined dimension. Rotating shaft 32
Similarly, levers 326 and 327 are similarly attached to the other ends of 0 and 321 via arms.
It is rotatably connected in place.
Rollers 328 and 329 are rotatably rocked at one end of the lever members 324 and 325.
It is attached so as to form an fulcrum. The rollers 328 are two parallel guide plates 3
It is rotatably and movably supported between 30A and 330B. Roller 32
9 is also between the two parallel guide plates 331A, 331B.
It is rotatably and movably supported. This except lever members 324 and 325
All of these components are housed in a rectangular parallelepiped case 332. The other lever
The components related to the members 326 and 327 are also housed in a rectangular parallelepiped case 332.
Has been done. In this case, the lever members 324, 325, 326, 327 are flying bodies in this case.
, For example, assume that it is formed in the shape of a dragonfly.
In such a configuration, power is supplied to an electric motor (not shown) to rotate the rotary shaft 32.
When 0, 321 is rotated, the lever member 3 is centered on the axis of the rollers 328, 329.
24 and 325 reciprocally rotate. In this case, the rollers 328 and 329 guide the guide plate 330.
A, 330B, 331A, 331B are rotatably and movably supported between
The rotating shafts 320 and 321 smoothly rotate due to the structure.
Is converted into a reciprocating rotary motion of. In addition, the reciprocating rotation angle of the lever member is the swing fulcrum roller 3
28, 329 and the force point, the size of the arms 322, 323, etc.
And the angle of the flapping motion of the wings 324 and 325, which are lever members, can be changed.
be changed. The other pair of wings 326, 327 are similarly driven.
As described in detail above, according to the present invention, a 2-cycle or 4-cycle reciprocating
When converting the reciprocating motion of the piston of the engine to the rotary motion of the crankshaft,
The energy loss can be reduced, the engine can be made smaller and lighter, and the ceramic
We provide a mutual conversion device for circular movement and reciprocating movement that can be further quantified.
Can be
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(81)指定国 AM,AU,BR,BY,CA,
CZ,EE,FI,GE,HU,JP,KG,KR,K
Z,LT,LV,MD,NO,RU,SG,TJ,UA
,UZ,VN─────────────────────────────────────────────────── ───
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CZ, EE, FI, GE, HU, JP, KG, KR, K
Z, LT, LV, MD, NO, RU, SG, TJ, UA
, UZ, VN