JPH10141082A - 対向シリンダ型機関及び往復動機械 - Google Patents

対向シリンダ型機関及び往復動機械

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JPH10141082A
JPH10141082A JP33012096A JP33012096A JPH10141082A JP H10141082 A JPH10141082 A JP H10141082A JP 33012096 A JP33012096 A JP 33012096A JP 33012096 A JP33012096 A JP 33012096A JP H10141082 A JPH10141082 A JP H10141082A
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JP
Japan
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piston
crankshafts
crank
reciprocating
force
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Masakuni Koike
正邦 小池
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/16Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18Multi-cylinder engines
    • F02B75/24Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type
    • F02B75/243Multi-cylinder engines with cylinders arranged oppositely relative to main shaft and of "flat" type with only one crankshaft of the "boxer" type, e.g. all connecting rods attached to separate crankshaft bearings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/16Engines characterised by number of cylinders, e.g. single-cylinder engines
    • F02B75/18Multi-cylinder engines
    • F02B75/22Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement
    • F02B75/225Multi-cylinder engines with cylinders in V, fan, or star arrangement having two or more crankshafts

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Abstract

(57)【要約】 【目的】対向シリンダ型機関において、往復動するピス
トン等の慣性力を完全に相殺して、不釣合力を平衡させ
る事により無振動化することを目的とする。 【構成】クランク・ケースに軸支され、回転同期手段に
より180度の位相差で同期回転する、同一回転半径の
クランク・ピン3,3aを持つ2本のクランク軸2,2
aと、これらクランク軸2,2aに対して反対側に配置
され、軸X−Xを共軸として対向するシリンダ4,4a
内を、反対に往復動するピストン5とを備え、これらピ
ストン5がそれぞれのコネクティング・ロッド7を介し
て、各々別の前記クランク軸2,2aに連動するように
構成することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、本質的に共軸の対向シ
リンダ内でピストンを反対方向に往復動させて無振動化
した、手持作業機械や軽量飛翔体等に用いる対向シリン
ダ型機関、及びエンジン・コンプレッサ等の往復動機械
に関する。
【0002】
【従来の技術】現在、実用化されている往復動機関及び
機械の不釣合力には回転部分の遠心力と往復動部分の慣
性力とがある。このうち遠心力はクランク軸のカウンタ
・ウエイトで完全に釣合わせられるが、往復動部分の慣
性力は1次、2次4次…のハーモニックスより成り、完
全な釣合を得るには1次慣性力と2次慣性力は勿論、全
ての合成慣性力および合成慣性偶力を零にする必要があ
る。そのため、5シリンダ以下のシリンダでは完全に平
衡させることができなかった。即ち少数シリンダの往復
動機関では特別な平衡機構を付加しても、完全な平街は
得られず実用的範囲に振動を軽減する工夫がなされてき
た。
【0003】振動を軽減するには、シリンダの配列とバ
ランス・シャフトを付加する方法があるるが、実用上差
支えが無い程度にするには1次と2次の合成慣性力と合
成慣性偶力とを零にすればよい。それは2次は1次の2
5%ぐらいの大きさで無視出来ないが、4次は1次の
0.4%に過ぎず、使用する運動部品等の重量誤差等を
考えると、これ以上の次数は問題にする必要がない為で
ある。
【0004】構造簡単・価格低廉が特徴の少数シリンダ
機関では、複雑な装置を付加するのは余り意味ないが、
強いて実用的に支障のない程度にまで不釣合力を打ち消
すには、1次平衡体と2次平衡体の各1/2質量の2本
ずつのバランス・シャフトを、1次平衡体は機関と等速
で、2次平街体は2倍速で互いに逆回転させ、その際平
衡体を必要量偏心させれば高速でも静粛に運転できる。
【0005】また、振動の大きい1次の慣性力は多気筒
化してシリンダ配列を工夫する事によって不釣合力は軽
減できる。例えば、2シリンダ機関では1次慣性力のみ
が相殺されるため、不釣合力は軽減するが相当な振動が
残る。1次の慣性力と慣性偶力とが共に消去される直列
4シリンダ形式は、若干大きな慣性力2次成分の振動が
残るが、これはバランス・シャフトを採用して振動が軽
減される。水平対向4シリンダ形式は1,2次とも慣性
力は釣合い、比較的小さな慣性偶力の2次成分以下が残
る為、前記バランス・シャフトを持つ直列4シリンダ形
式エンジンの振動と同一程度の機質を持っている。
【0006】更にまた、2サイクル機関ではドイツ国ユ
ンカース・ユモ型ユニフロー掃気形式のように、シリン
ダの両端に設けた平行する2本のクランク軸を、180
度の位相差で同期逆回転させると共に、同一のシリンダ
内を反対に往復動する2個の対向ピストンにより、慣性
力を完全に平衡させる機関もある。
【0007】しかし近年、小型機関の出力向上を図るた
めピストン速度が高速化するのに伴って、回転数の2乗
で増加する往復運動部の加振力が類在化してきたため、
機関以外の構造的機械強度の強化や、防振構造などに多
くのコストと重量の増加を余儀無くされ、また白臘病の
発生や各種付属制御装置の振動による故障など、使途に
よっては従来よりも完全な釣合いが求められるが、価格
低廉で構造簡単を特徴とする小型機関では対応できない
という問題点があった。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記に詳述したよう
に、少数シリンダ機関の往復動するピストン等の不釣合
慣性力は、従来シリンダ配列だけでは完全に平衡させる
ことができなかった。また、機構が複雑な不釣合力を打
消す装置を付加することは、機関本体に比して重量やコ
スト、占有容積等を大幅に増大させるなどの問題点があ
った。本発明の目的は比較的簡単な機構で無振動化した
小型機関及び往復動機械を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記問題点の解決は、ク
ランク・ケース1に併設する、同一回転半径のクランク
・ピン3,3aを持つ2本のクランク軸2,2aを、回
転同期手段により同期回転させると共に、前記クランク
軸2,2aに対し反対側に配設され、且つ直交する共軸
の対向シリンダ4,4a内を各々反対に往復動するピス
トン5のピストン・ピン6と、前記クランク・ピン3,
3aに両端を軸着する同形のコネクティング・ロッド7
を介し、前記ピストン5が各々別の前記クランク軸2,
2aに連動するように構成することによって達成され
る。
【0010】
【作用】上記の横成により、互いに共軸で同一質量のピ
ストン5が同一行程を同期して反対方向に往復動するた
め、相対するピストン5等による慣性不平衡力を相互に
打消し合うことにより、往復動機械を無振動化すること
ができる。
【0011】
【実施例】本発明の実施例を図1に示す2ストローク・
サイクル・エンジン(以下エンジンと称す)の要部断面
図を参照して説明すると、クランク・ケース1に2本の
クランク軸2,2aが隣接して並列に軸支されると共
に、主要構成部品は上記2本のクランク軸2,2a間の
中央に軸と平行し、且つ紙面と直交する平面Y−Yに対
して左右対称に配置されている。即ち、前記クランク軸
2,2aの両軸に対して反対側に配設され、軸X−Xを
共軸として対向するシリンダ4,4a内を反対に往復動
するピストン5が、コネクティング・ロッド(以下ロッ
ドと称す)7を介して各々別のクランク軸2,2aに連
動する。
【0012】さらに詳述すれば、前記クランク軸2,2
aの各クランク・アーム部は、クランクケース1の内径
と僅小な間隙を保持する円板形の、クランク・ウェブ
(以下ウェブと称す)8,9が形成されている。このウ
ェブ8,9にはそれぞれ同一回転半径で回転するクラン
ク・ピン3,3aが固持されると共に、前記クランク軸
2,2aの中心に対しクランク・ピン3,3aの反対側
に対面して、遠心力と慣性力の一部とを平衡するカウン
タ・ウェイト10が付加してある。また、前記クランク
軸2,2aを同期回転させる回転同期手段として、少な
くとも一対のウェブ8の円形外周部には、同一仕様の歯
車11を形成すると共に、これら一対の歯車11の側面
に表示される(図示されてない)所定のマーク位置で歯
車11を噛合わせると、前記クランク・ピン3,3a相
互が180度の位相差で同期逆回転するように歯切りさ
れている。
【0013】前記シリンダ4,4aは、前記クランク軸
2,2aの軸と同一平面で且つ平面Y−Yの軸両側に配
設され、軸X−Xを共軸にし対向してクランクケース1
に固定されている。上記の対向するシリンダ4,4a内
を往復動するピストン5を備えると共に、これらピスト
ン5のピストン・ピン6と前記クランクピン3,3aと
に両端を軸着される、それぞれ同一形状のロッド7を介
して、ピストン5の直線運動は各々別のクランク軸2,
2aの、対面するクランク・ピン3,3aに連動して回
転運動に変換される。また、一方の前記クランク軸2a
の一端の出力軸12には駆動用スプロケット13が取付
自在に止着してある。更に、他端には図示されない始動
装置が設けられている。更にまた、図示してないが他方
の前記クランク軸2の両端いずれをも延長して、クラン
ク・ケースの外部に突出させれば、多目的の出力軸や補
機の駆動軸として利用することができる。
【0014】なお、前記クランク軸2,2aの回転同期
手段の歯車を一対の前記ウェブ8に設けない場合は、ク
ランク軸2,2aの間を図2に示すように偶数の歯車列
14で歯合させればクランク軸2,2aは逆回転して、
ピストン5の往復動による全ての不釣合力は打消され
る。図2では、同一形状の4個の歯車列14を図示した
が、クランク軸2,2aに止着される歯車20は同形状
の必要があるが、中間歯車21,22の歯数は限定され
ず、4サイクル・エンジン(図示しない)にあっては、
カム軸駆動歯車を兼用することもできる。また、奇数の
歯車列(図示しない)で歯合させると、クランク軸2,
2aは同方向回転をするため軽度の不釣合力が残る。さ
らに、回転同期手段を平歯車で例示したが、タイミング
・べルトやリンク・ロッドで構成する等、平歯車に限定
されるものではない。
【0015】上記の構成により、ピストン5の下死点位
置では、排気口15と掃気口16の開口により、燃焼し
た排気ガスの排出と、クランク・ケース1内の予圧され
た新燃料ガスの吐出で掃気作用とを行う。その後、上昇
するピストン5の上面では新燃料ガスの圧縮を行うと共
に、背面では吸気口17からリード弁18を通じて次サ
イクルの新燃料ガスを吸入する。さらに、圧縮行程終了
の直前で点火プラグ19の放電火花により燃料ガスに点
火し、爆発的に燃焼する燃料ガスの膨脹による圧力をピ
ストン5が受け、その駆動力はピストン・ピン6、ロッ
ド7を経てクランク・ピン3,3aに伝達され回転力に
変換される。この間、ピストン5の下方では吸入された
新規ガスが予圧縮され掃気作用の準備が行われる。
【0016】上述のように本発明のエンジンの出力発生
の基本は従来技術と同一であるが、本発明の特徴とする
ところはエンジンの構成を2本のクランク軸が隣接して
並列に設けられると共に、共軸の対向シリンタ内を同一
質量のピストンが同一距離を同期して反対運動すること
により、ピストン等が発生する慣性力を相互に打消して
無振動または振動軽減を図る構成にある。
【0017】なお、この発明は前述した2サイクル・エ
ンジンの実施例に限定されることなく、4サイクル・エ
ンジンで実施することや、平面Y−Yの片側を駆動用の
往復動機関とし、反対側を被駆動のコンプレッサのよう
な往復動機械にする等、その他適宜の変更を行うことに
より他の態様で実施することができる。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば上記の実施例の説明によ
って理解されるように、往復動機械のピストン等の不均
衡力を完全に打消すと共に、主として確立された在来技
術の配列変更にとどめて構成されるためリスクも少な
く、従来型水平対向シリンダ機関の構成部品や重量を余
り増やさずに、機関を含めた装置全体では軽量化も可能
である。さらに、手作業機械では作業者の白蝋病の恐れ
や疲労が少ないため長時間連続作業を可能にし、小型走
行機械や飛翔物体の耐久性の向上、無線制御装置の誤動
作の回避等、振動に因る各種の障害を防ぐことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】…この発明の実施例を示す要部断面図。
【図2】…回転同期用歯車列の正面図。
【図3】…従来例の平面要部断面図。
【符号の説明】
1…クランク・ケース、2、2a…クランク軸、3,3
a…クランク・ピン、4,4a…シリンダ、5…ピスト
ン、6…ピストン・ピン、7,…ロッド、8、9…ウェ
ッブ、10…カウンタ・ウェイト、11…歯車、12…
出力軸、13…スプロケット、14…歯車列、15…排
気口,16…掃気口、17…吸気口、18…リード弁,
19…点火プラグ、20…クランク歯車、21、22…
中間歯車。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 クランク・ケース1に併設する、同一回
    転半径のクランク・ピン3,3aを持つ2本のクランク
    軸2,2aを、回転同期手段により同期回転させると共
    に、前記クランク軸2,2aに対し反対側に配設され、
    且つ直交する共軸の対向シリンダ4,4a内を各々反対
    に往復動するピストン5のピストン・ピン6と、前記ク
    ランク・ピン3,3aとに両端を軸着する同形のコネク
    ティング・ロッド7を介して、前記ピストン5が各々別
    の前記クランク軸2,2aに連動するように構成するこ
    とを特徴とする対向シリンダ型機関及び往復動機械。
JP33012096A 1996-11-07 1996-11-07 対向シリンダ型機関及び往復動機械 Pending JPH10141082A (ja)

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Cited By (3)

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