JPS5928721B2

JPS5928721B2 - レシプロエンジンの運動変換装置

Info

Publication number: JPS5928721B2
Application number: JP18632780A
Authority: JP
Inventors: 正明白川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-12-27
Filing date: 1980-12-27
Publication date: 1984-07-16
Also published as: JPS57110701A

Description

【発明の詳細な説明】シリンダ内での爆発工程でピストンの受ける圧力がクラ
ンクピンの回転力に等しく又それぞれの作用距離が等し
くなるような理想的な運動変換装置があると仮定すれば
、その理想的な装置に比較して従来のレシプロエンジン
のクランク機構は運動変換性能に於いて非常に劣る。

すなわち、ピストンにかかる平均圧力をＦ、その作用距
離（行程）を２ｒ、クランクピンの平均回転力をｆ、ク
ランクピンの描（円の半周をπｒとすれば、シリンダ内
でなされる仕事の量とクランクピンのなす仕事の量は等
しいから１、２Ｆ・２ｒ＝ｆ・πｒ −ｆ＝−Ｆキ０．６４Ｆとな
り、クランクピンの平均回転力はピストン平均圧力より
４割近（も弱められ、又その作用距離に於いては５割以
上も伸びている。

従って力が減少し作用距離が伸びれば当然所要時間は長
びき、馬力は低下する。

一方往復運動を回転運動に変換する工具として広（使用
されているソケットレンチ用ラチェットハンドルの効率
について上の例で述べた力とその作用距離の観点から考
察してみると、若しハンドルに加える力の方向が、ハン
ドルの回転力の方向から太き（逸脱しない程度にハンド
ルを往復角運動させると、手で加える力はハンドルの回
−力に近似し、それぞれの作用距離も近似する。

従って同じ量の仕事をするにしてもクランク機構と比較
して時間は大幅に短縮されるため、ラチェットハンドル
は優れた運動変換性能を有する。

この発明は従来のクランク機構と上記ラチェットハンド
ル等に利用されている一方向クラッチとを組み合わせ、
それぞれの長所をいかしながら更に性能の良い運動変換
装置を得ることを目的とする。

この発明を４サイクルガソリンエンジンの運動変換装置
として実施した例を図面にもとすいて説明すれば、次の
通りである。

第１図はこの発明の運動変換装置Ａを公知の４サイクル
ガソリンエンジンに連絡させた場合の一例を示す一部切
断側面図で、第２図はその一部切断平面図である。

ここでは一方向クラッチにころ入りクラッチを使用しで
ある。

さてこの一方向クラッチの主動軸７からは、左主動軸腕
９と右主動軸腕６が伸びていて、それぞれにピストン連
接棒４とクランク連接棒１０とが連結しである。

一方向クラッチのころ１４は反時計回りの方向へ、スプ
リング１５で押されている。

一方向クラッチの従動軸８には大フライホイール１９が
取り付けられている。

クランク連接棒１０はクランク１１に連係され、クラン
ク軸１２が回転できるようになっている。

クランク軸１２の一端には小フライホイール１８とクラ
ンク軸タイミングギャ１６が装着されている。

このクランク軸タイミングギヤ１６が弁機構へと連係さ
れているのは、従来の４サイクルガソリンエンジンと同
じである。

第３図から第６図まではこの発明の運動変換装置Ａを使
用した４サイクルエンジンの作動を示す。

第３図は吸入行程を示す。

ピストン２が上死点にあったとき吸入弁が開き、小フラ
イホイール１８の惰力によってクランク１１、クランク
連接棒１０及び左主動軸腕９は上昇する。

それとは逆に右主動軸腕６、ピストン連接棒４及びピス
トン２は降下し混合気がシリンダ内へ吸入される。

この時主動軸７の角速度が従動軸８の角速度より大きけ
れば一方向クラッチが作動し、主動軸７から従動軸８へ
動力が伝達される。

第４図は圧縮行程である。

吸入弁と排気弁が閉じられ、小フライホイール１８の惰
力によって、クランク１１、クランク連接棒１０及び左
主動軸腕９は降下する。

他方右上動軸腕６、ピストン連接棒４及びピストン２は
上昇しながら混合気を圧縮する。

この時、主動軸７の回転力向は従動軸８のそれと逆にな
るため一方向クラッチは作動し得ないので主動軸７から
従動軸８への動力の伝達はない。

第５図は爆発行程である。

圧縮した混合気に点火し爆発させ、ピストン２が押し下
げられる。

その結果ピストン連接棒４と右主動軸腕６も押し下げら
れる。

逆に左主動軸腕９、クランク連接棒１０及びクランク１
１は押し下げられ、小フライホイール１−８に回転運動
が貯えられる。

この場合も吸入行程と同様、主動軸７の角速度が従動軸
８の角速度より大きいときにのみ一方向クラッチが作動
し主動軸Ｉから従動軸８へ動力が伝達され大フライホイ
ール１９に回転運動が貯えられる。

外部への仕事はこの大フライホイール１９から供給され
る動力によってなされる。

さてここで左主動軸腕９からクランク１１に至る運動系
は無視し、シリンダ１からピストン２、ピストン連接棒
４、右主動軸腕６、主動軸７を経て従動軸８までの一連
の運動系に限って考えると、これは先に述べたソケット
レンチ用うチェットノ・ンドルと全（同じで、往復運動
を短時間で回転運動に変換する機能を備えている。

しかしながらこの運動系は実際には左主動軸腕９を経て
左側のクランク機構へ連絡されているので、右主動軸腕
６の角運動の角速度はクランク軸１２の角速度に拘束さ
れる。

ところで回転運動に於いては回転力と半径が一定ならば
荷重が少い程、角速度は太き（なるから、クランク軸１
２からの動力の使用を最少限に抑えれば、クランク軸１
２０角速度を上げることができる。

例えば吸入、圧縮、排気に於けるピストンの往復運動や
、内燃機関それ自身のコントロールに必要なカム・シャ
フトやディストリビュータ・シャフト等の回転運動をク
ランク軸１２からの動力で賄い、それ以外の動力は一方
向クラッチの従動軸８から取得する。

このようにすればクランク軸１２０角速度は上がりそれ
に伴って右主動軸腕６０角速度も増大する。

その結果、この爆発行程に要する時間は大幅に短縮され
馬力は上昇する。

又この行程に要する時間の短縮はシリンダ内での燃焼ガ
スの滞留時間の短縮を意味し、それはシリンダ壁やピス
トンからの熱伝導による熱損失を減少させることになる
。

従つそ熱効率は高まり又燃焼ガス平均圧力も上昇するの
で馬力も更に高まる。

第６図は排気行程である。

爆発行程でピストン２が下死点付近に降下したとき、排
気弁が開き、小フライホイール１８に貯えられた回転動
力によってクランク１１、クランク連接棒１０及び左主
動軸腕９は降下し、それとは逆に右主動軸腕６、ピスト
ン連接棒４及びピストン２は上昇してシリンダ内の排気
ガスを外へ押し出す。

第７図は従来の直線型シリンダに代って円弧型シリンダ
を採用し、この発明の運動変換装置Ａに連絡して実施し
た実施図で第８図と第９図はその一部を切断した平面図
である。

第７図からも分るように、シリンダが円弧型になってい
るので、ピストンの形状も円弧型になっている。

又この図では第１図に於ける右腕ピン５やピストンピン
３がな（なってピストン２、ピストン連接棒４及び右主
動軸腕６が一体化されている。

その他はすべて第１図に準する。さてこの円弧シリンダ
２０と円弧ピストン２１の中心軸は成る一定の半径で従
動軸２２の中心を軸にして描いた円周上にある。

従って、円弧ピストン２１の受ける圧力の方向と、その
圧力で主動軸腕２３に生じる回転力の方向が一致し、従
来の直線型シリンダより更に優れた運動変換性能を有す
る。

この発明は以上説明したように、従来のクランク機構と
一方向クラッチを組み合わせた運動変換装置が従来のク
ランク機構より短時間で往復運動を回転運動に変えるも
のであり、かつ熱効率も高い。

しかもこの発明の運動変換装置を使用する内燃機関では
いわゆるエンジンブレーキが掛からず燃料は大いに節約
できる。

若し更に性能の良い一方向クラッチが開発されれば、排
気量を一定にして主動軸腕の長さを太き（取り性能を更
に高めることも可能である。

又この発明の運動変換装置を使用することによって更に
性能が良（効率の高い円弧型シリンダ・エンジンの開発
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

図はこの発明の運動変換装置Ａの実施例を示すもので、
第１図はこの発明の運動変換装置Ａを公知のシリンダ及
びピストンに連係した第１実施例の一部切断側面図、第
２図は第１実施例の一部切断平面図、第３図から第６図
までは第１実施例の作動を示す断面図である。第７図はこの発明の運動変換装置Ａを円弧型シリンダと
円弧型ピストンに連係した第２実施例の一部切断側面図
、第８図及び第９図は第２実施例の一部切断平面図であ
る。Ａ・・・運動変換装置、１・・・シリンダ、２・・・ピ
ストン、３・・・ピストンピン、４・・・ピストン連接
棒、・５・・・右腕ピン、６・・・右主動軸腕、７・・
・一方向クラッチ主動軸、８・・・一方向クラッチ従動
軸、９・・・左主動軸腕、１０・・・クランク連接棒、
１１・・・クランク、１２・・・クランク軸、１３−・
・カムシャフト、１４・・・ころ、１５・・・スプリン
グ、１６・・・クランク軸タイミングギヤ、１７・・・
カムシャフト軸タイミングギヤ、１８・・・小フライホ
イール、１９・・・大フライホイール、２０・・・円弧
シリンダ、２１・・・円弧ピストン、２２・・・従動軸
、２３・・・主動軸腕。

Claims

【特許請求の範囲】１一方向クラッチの主動軸に設けられた腕にクランク
とレシプロエンジンのピストン連接棒を連結させ、その
腕を往復角運動させることによって、一方向クラッチの
従動軸から回転運動を得ることを特徴とするレシプロエ
ンジンの運動変換装置。２レシプロエンジンのシリンダーは、一方向クラッチ
の主動軸の腕の回転半径に等しい半径の円弧をなす円弧
型シリンダーである特許請求の範囲第１項記載のレシプ
ロエンジンの運動変換装置。