JPS62182442A - ハイポサイクロイドクランク内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、連接棒（コンロッド）がピストンと共に往復
直線運動をするクランク機構を有する内燃機関に関する
ものである。

（ロ）従来の技術 従来でも、クロスヘッド方式の様に５ピストンに直接連
結される部分が往復直線運動をするクランク機構を使用
する例が大型ディーゼル機関や蒸気機関等に見られるが
、この方式はピストンを一部延長させて連接棒に結合さ
せたに過ぎず、余分な連接棒が加わることにより、８１
関全体が大きくなり重量が増大するという大きな欠点を
持っていた。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 従来のピストンはピストンピンに対して回転自由である
ので、シリンダー内での首振運動を規制するためにはピ
ストンスカート部を長くする必要があり、シリンダーの
白兵を短く出来ない原因になっている。

また、従来のピストンとクランクとを結りするｉ！！接
棒は、クランクの回転に随って揺動するものであるので
、シリンダー壁に触れないように連接棒を長くする必波
があり、機関のコンパクト化と妨げていた。この、連接
棒が揺動することに起因する他の問題は、連接棒が傾い
た時にｆヤ動室の内圧によりピストンがシリンダー１！
ｌ壁に押しつけられることであり、内燃機関の摩擦損失
の大きな部分を占めていた。更に、ピストンピン部の潤
滑機構は複雑なものであり、潤滑効果を損なわない為に
はピストンの温度を低温に維持する必要があった。

これに対して、連接棒の揺動を無くしピストンとの結合
部を固定してピストンと共に往復直線運動をさせること
が出来るならば、上記の問題を根本的に解決できる事に
なる。

本発明の目的は、ハイポサイクロイドの原理を適当な歯
車の組合わせを使ってクランク機構に適応させることに
より、連接棒を往復直線運動させ、それに辻結固定され
たピストン及びシリンダーとで形成される作動室で主要
部分が構成される内燃機関を７５るにある。

この本発明による内燃ｌｆｉ閏の主要構成部分であるピ
ストン、シリンダー及び連接棒の占める容積とｉｒＫ　
量は、　ｆ＆述される様に従来の２サイクル或は４サイ
クルの内燃機関に較べて非常に小さくなるので、コンパ
クトで燃料消１！効率の良い内燃機関を得ることが出来
る。

（ニ）問題点を解決するための手段とその作用以下に図
面について本発明を説明する。

第１図に示す様に、固定円１に内接して滑ることなく回
転する転円２の円周上に固定された点Ｐはハイポサイク
ロイドを描き、特に転円２の半径が固定円１の半径の丁
度半分の時には、それは直線になり図のＸ軸上のＡ２Ｂ
間を往復運動する。

この原理をクランクｆｉｌに応用することにより連接棒
が直線的に往復運動をする内燃機関を得ることができる
。

本発明内燃機関の概念について第２図及び第３図により
説明する。

機関に固定されている一対の内向歯車３の内側を回転す
る遊星歯車４に接続固定されているクランクシャフト５
は、歯車４の回転につれて自転をしなから内歯歯車３に
沿って公転をするのであるが、歯車４の歯数を歯車３の
歯数の半分にしておけば、クランクの腕の長さが歯車４
の半径に等しい時にはクランクピン６は往復直線運動を
行い、それに接続されている連接棒７（コンロッド）も
また往復直線運動を行う、　この連接棒７に固定された
ピストン８と適当な大きさのシリンダー９及び吸気と排
気のためのバルブ１０．１１により、吸入、圧縮、燃焼
膨張、排気の４行程を行う作動室１４が構成されている
。

出力軸１６は歯車３の中心軸上に配置され、クランクシ
ャフト５の公転運動がその出力軸の腕を通して出力とし
てＩＩ：！：接に伝えられる。

これらの（ＪＥ動室の形状や作動気体の圧縮比の設定、
及び　吸気、排気のバルブの形状、点火プラグの形状及
び構造や取付は位置、数等に関しては従来の公知の技術
を使用するのであり、本発明の主要な構成部分ではない
ので詳細には説明されない。

また、この申請書では、４サイクルの内燃機関について
のみを主に説明するが、２サイクル機関については、吸
気、排気のバルブが無くなる代わりにシリンダーの適当
な場所に吸気、排気用の孔が数箇所設られるだけであっ
て、このことも公知の技術であるので詳細には説明され
ない。

（ホ）発明の効果 これらピストンやシリンダー、連接棒等の内燃ａ関部品
としての主要な役割は、従来の物と同様であるが、以下
に述べる如く多くの点においてその形状や性能に優れた
特徴を持っている。

ａ）、ピストンは連接棒に固定され得るので、従来の内
燃１１！　ＩＥの様にピストンピンの回りに首振り運動
をすることがなく、それ故にピストンスカートは不必要
となり、ピストンは単に気密を保つためのピストンリン
グを２〜３本取り付けられる厚さを持っていればよいこ
とになる。　しがもピストンと連接棒をピストンピンで
継ぐというような複雑な結合部が無いので面倒な潤滑機
構が不要になる為、ピストンを非常に薄く軽量に作り？
）る。

その結果、シリンダーの長さらピストンが薄くなる分だ
け短くすることが出来る。

ｂ）、ピストンと連接棒間に従来のような潤滑を必要と
しないので、ピストンの温度はピストンとシリンダー間
の潤滑に支障がない程度に高温にすることができ、しか
もセラミックのような耐熱性のある軽量な材料をピスト
ンに使用できるので、熱効率の良い軽量な内燃機関をイ
することが可能となる。

ｃ）、連接棒は揺動しないのが本発明の特色であるが、
連接棒に起因する振動が従来に較べて非常に単純である
ので、機関全体の振動を少なくするための各種の平衡装
置の設計が単純になる。

又、従来の内燃機関の様に、クランクの回転に伴い連接
棒が傾いた時に、その傾斜方向の力による側圧がピスト
ンにかかるということが全くないので、シリンダーとの
間の摩擦力が非常に小さくなり、シリンダーとピストン
リングの摩耗が少なくなるのみならず、燃料消費率の向
−ヒにも大きく寄Ｉｊ・する。

ｄ）、従来、連接棒が最大に傾いた時にも連接棒がシリ
ンダー壁に触れないようにするために連接棒をあまり短
く出来なかったが、本発明の場合の連接棒は揺動しない
ので、シリンダーに触れることがなく、従来に較べてか
なり短く設計することが可能になる。

（へ）発明の実施例 以上のように優れた特徴を数多く持っている本発明内燃
機関は、以下に示すように、従来の如くに多気筒にする
ことにより回転が滑らかになるのみならず、前記の特徴
も益々生かされてくる。

第４図と第５図は本発明内燃機関を対向させて配置した
場合の概念的な説明図であり、それぞれ平面図及びその
側面図を示している。

図からも明らかな様に、この場合には連接棒７は共通の
一木で済み、１組のクランクｌｌ１１構部を共有するこ
とになるため、クランク部の構造が非常に簡単になる。

本発明内燃機関の欠点は、歯車３とｆＪｉ車４の間にお
ける摩擦が加わる為に、クランク機構部の摩擦が＆ｊ来
のクランク機構に較べて大きくなることであるが、この
対向配置の場合にはその欠点も１気筒当りでは半分にな
るので、従来のクランク機構に較べても大きく劣るもの
ではなくなる。このように対向配置された本発明内燃機
関は、直列配置の場合に較べてクランク部の容積及び重
量の増加が少なく、非常にコンパクトで軽量な内燃機関
となる。

第６図は本発明内燃機関の２気筒を直列に配置した場合
の概念図である。この場合には前記の対向型に見られる
様な長所は無いが、それでも従来の２気筒の機関に較べ
てコンパクトで軽量な内燃機関になる。

これらの特色は４気筒以上の場合も同様である。

第７図はハイポサイクロイドクランク内燃１ｆｉ　Ｉｌ
ｌの他の実施態様を示す概念図であり、第８図はそれを
横からみた概念図である。

本発明内燃機関では、連接棒が揺動をしないので従来の
シリンダーのスカート部を閑じることが可能となり、ピ
ストンの裏面を使って作動室をもう１つ形成することが
できる。即ち図に示すように従来の内燃機関に於けると
同様の作動室１４の他に、ピストン８の裏面とシリンダ
ー９及び吸気と排気のためのバルブ１２．１３により牛
動室１５が形成される。　＋７は連接棒７の軸封止であ
る。

この形式の内燃機関は従来の２気筒のシリンダーを逆向
きに結合したものとほぼ同様の翁きをするのであるが、
（ホ）発明の効果のところで述べた様な優れた特徴の池
に以下のように多くの長所を持っている。

ａ＞、１つのシリンダーの容積の大部分を２つの作動室
が共通に使用しており、しかも従来のシリンダーに見ら
れるシリンダースカートと呼ばれる部分が無いので、シ
リンダ一部の占める容積や重量が非常に小さくなる。

ｂ＞、ｎｔ造がｉ　ｒｔｔで軽量な前述のピストンを２
つの１ヤ動室が共有することになるので、ピストンに関
してもｔｒｒ、ｆｊ：は従来の内燃機関のピストンの半
分近くになる。

ｃ）、連接棒もピストンと同様にＵｃ来の内燃機関の半
数でよい。

ｄ）、クランク機構を共存することになるので、クラン
ク機構部のＩγ擦による熱損失増加という欠点を実質的
には半減できる。

この形式の特許請求の範囲第２項記載の内燃機関も、第
９図、第１０図及び第１１図に示す例のように、多気筒
にすることにより回転が滑らかになるだけではなく、そ
の重量及び容積は従来の内燃機関に較べて同−ｆヤ動室
容積当りでは非常に小さく作ることが可能となる。

第９図と第１０図は、特許請求の範囲第２項記載の内燃
機関を対向させて配置した場合の概念的な８；ａ四国で
あり、それぞれ平面図とその側面図を示している。　　
　この場合の特色は前述の特許請求の範囲第１項記載の
内燃機関を対向配置させた場合と全く同様であるが、そ
の他に、従来の対向形式の２気筒内燃機閏と同程度以下
の機関容積で約４気筒に相当する出力が得られ、非常に
コンパクトで軽量な内燃機関となり得る。

第１１図は同様に特許請求の範囲第２項記載の内燃機関
の２シリンダーを直列に配置した場合の概念図である。

この場合には前記の対向配置型に見られる様な多くの長
所は無いが、それでら従来の２気筒の機関に相当する容
積で約４気筒に相当する出力が得られるのであり、コン
パクトで軽ｈｔな内燃ｖ１関になることは明らかである
。

第９図、第１０図及び第１１図においては、吸気と排気
用バルブを省略しである。

【図面の簡単な説明】

第１図はハイポサイクロイドの一般的な説明図である。 第２、特許請求の範囲第１項記載の発明の原理的な概念
図であり、第３図はそれを横から見た概念図である。第
４図、第５図及び第６図はその多気筒化の例の概念図で
ある。 第７図は特許請求の範囲第２項記載の発明の概念図であ
り、第８図はそれを横から見た概念図である。第９図、
第１０図及び第１１図はその多気筒化の例の概念図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）機関に固定された内歯歯車と、それに対して歯数比
   が２対１である遊星歯車に一体になっているクランクシ
   ャフト、及びその遊星歯車の半径と同じ長さの腕を持つ
   クランクとクランクピンにより構成されるクランク機構
   と、往復直線運動をする前記クランクピンに接続してい
   る連接棒と、この連接棒に固定されているピストンと、
   適当な大きさのシリンダーと、適当な吸気排気系統及び
   点火装置とで、その主要な部分が構成されることを特徴
   とする内燃機関。 ２）ピストンの表と裏の２面を使って同時に２室の作動
   室が形成されるように両端が閉じられ適当な吸気、排気
   系統及び点火装置とで形成されるシリンダーを持つ、特
   許請求の範囲第１項記載の内燃機関。