WO2009119643A1 - 内燃機関 - Google Patents

内燃機関 Download PDF

Info

Publication number
WO2009119643A1
WO2009119643A1 PCT/JP2009/055911 JP2009055911W WO2009119643A1 WO 2009119643 A1 WO2009119643 A1 WO 2009119643A1 JP 2009055911 W JP2009055911 W JP 2009055911W WO 2009119643 A1 WO2009119643 A1 WO 2009119643A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
output shaft
pin
piston
planetary gear
shaft
Prior art date
Application number
PCT/JP2009/055911
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
亮 高橋
壮 吉持
一郎 藤村
小巻 國重
Original Assignee
ダイハツ工業株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ダイハツ工業株式会社 filed Critical ダイハツ工業株式会社
Publication of WO2009119643A1 publication Critical patent/WO2009119643A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/04—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft
    • F01B9/042—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft the connections comprising gear transmissions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/04—Engines with prolonged expansion in main cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0002—Cylinder arrangements
    • F02F7/0019—Cylinders and crankshaft not in one plane (deaxation)
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H21/00—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides
    • F16H21/10—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/16—Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for interconverting rotary motion and reciprocating motion
    • F16H21/18—Crank gearings; Eccentric gearings
    • F16H21/22—Crank gearings; Eccentric gearings with one connecting-rod and one guided slide to each crank or eccentric
    • F16H21/30—Crank gearings; Eccentric gearings with one connecting-rod and one guided slide to each crank or eccentric with members having rolling contact
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B9/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups
    • F01B9/04—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft
    • F01B9/042—Reciprocating-piston machines or engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding groups with rotary main shaft other than crankshaft the connections comprising gear transmissions
    • F01B2009/045—Planetary gearings

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine configured such that an output shaft is rotated by a reciprocating motion of a piston.
  • a crank arm is integrally provided on an output shaft of the internal combustion engine, and a crank pin is located in a portion of the crank arm that is eccentric from the center of the output shaft. Is provided.
  • the piston that reciprocates in the cylinder bore is connected to the crank pin via a connecting rod.
  • the conventional internal combustion engine has such a configuration that the output shaft is rotated by reciprocating the piston.
  • the crankpin rotates (revolves) around the output shaft, a large lateral thrust load may be generated on the piston.
  • Patent Documents 1 and 2 as prior art disclose a crank mechanism described below. That is, in the crank mechanism disclosed in Patent Documents 1 and 2, the crank arm provided with the crank pin is arranged at a position away from the output shaft. Further, a pin shaft is fixed to a portion of the crank arm that is eccentric from the center of the crank pin by a dimension of 1/4 of the reciprocating stroke of the piston. Further, the pin shaft is rotatably supported by the output shaft at a portion eccentric from the center by a dimension of 1/4 of the reciprocating stroke. An internal gear whose pitch stroke is the reciprocating stroke is disposed non-rotatingly at a position concentric with the output shaft. Further, a planetary gear whose pitch circle is half of the reciprocating stroke is non-rotatably fitted to the pin shaft, and this planetary gear is meshed with the internal gear. Patent Documents 1 and 2 disclose such a crank mechanism.
  • a straight line connecting the top dead center and the bottom dead center through the center of the output shaft as viewed from the axial direction of the output shaft is hereinafter referred to as a “crank pin reciprocating locus straight line”.
  • the prior art is configured such that the axis of the cylinder bore where the piston reciprocates coincides with the straight line of the reciprocating movement of the crank pin as viewed from the axial direction of the output shaft.
  • a linear extension line in the cylinder bore axis is configured to overlap the reciprocating locus straight line of the crank pin.
  • the rotational force for rotating the planetary gear is small in relation to the reciprocating motion of the piston.
  • the output of the internal combustion engine may decrease.
  • the present invention has a technical problem to solve these problems.
  • claim 1 of the present invention provides: “A piston that reciprocates in the cylinder bore is connected to a crank pin provided on the crank arm via a connecting rod, and a pin shaft is provided eccentrically with the crank pin on the crank arm. By rotating a planetary gear that is eccentric to the output shaft and rotatably supported on the shaft, and that is non-rotatably fitted to the pin shaft, meshes with an internal gear that is arranged concentrically with the output shaft.
  • claim 2 of the present invention provides “In the description of claim 1, the connecting rod is configured to be fixed integrally with the piston so as to be inclined with respect to the axis of the cylinder bore as viewed from the axial direction of the output shaft.” It is characterized by that.
  • the internal combustion engine according to claim 3 is a piston that reciprocates in a cylinder bore, an output shaft that rotates in conjunction with the reciprocation of the piston, a crank arm that includes a crankpin, the crankpin, and the piston. And a pin shaft provided on the crank arm at a position eccentric with the crank pin and with the output shaft, the pin shaft being rotatably supported with respect to the output shaft And a planetary gear meshing with an internal gear disposed concentrically with the output shaft, and a planetary gear non-rotatably fitted to the pin shaft, wherein the planetary gear and the crank pin are An internal combustion engine that rotates around the output shaft while rotating about the pin shaft in conjunction with a reciprocating motion of a piston, wherein the axis of the cylinder bore is When viewed from the axial direction of the force axis, the reciprocating locus straight line connecting the top dead center and the bottom dead center of the crank pin through the center of the output shaft is made parallel to the reciprocating locus straight line. In this state, the planetary gear is offset
  • the connecting rod when viewed from the axial direction of the output shaft, is inclined with respect to the axis of the cylinder bore and is fixed integrally to the piston.
  • the internal combustion engine according to claim 5 is a piston that reciprocates in a cylinder bore, an output shaft that rotates in conjunction with the reciprocation of the piston, a crank arm that includes a crankpin, the crankpin, and the piston. And a pin shaft provided on the crank arm at a position eccentric with the crank pin and with the output shaft, the pin shaft being rotatably supported with respect to the output shaft And a planetary gear meshing with an internal gear disposed concentrically with the output shaft, and a planetary gear non-rotatably fitted to the pin shaft, wherein the planetary gear and the crank pin are In conjunction with the reciprocating movement of the piston, the internal combustion engine that rotates around the output shaft while rotating about the pin shaft, as viewed from the axial direction of the output shaft, Serial axis of the connecting rod is inclined with respect to the reciprocating trajectory line connecting the top dead center and the bottom dead center with the output shaft in the crank pin.
  • the piston is at the top dead center, and the three members of the crank pin, the pin shaft and the output shaft are located between the top dead center and the bottom dead center of the crank pin.
  • the piston is located on a reciprocating locus straight line connecting through the piston, the push-down force generated in the piston based on the combustion explosion of the fuel is straight downward with respect to the crankpin as in the prior art.
  • the cylinder bore acts by being inclined in the rotational direction of the planetary gear by the amount offset from the reciprocating locus straight line in the direction opposite to the rotational direction of the planetary gear.
  • the rotation of the planetary gear and the crankpin can be promoted. Therefore, in the top dead center and the bottom dead center, and in the vicinity of the top dead center and the bottom dead center, the rotational force for rotating the planetary gear and the crank pin increases in association with the reciprocating motion of the piston. In addition, since the rotational force for rotating the planetary gear and the crank pin can be increased as compared with the case where the planetary gear and the crank pin are acted straight downward, the output in the internal combustion engine can be improved.
  • a lateral thrust load is generated on the piston by offsetting the axis of the cylinder bore.
  • the thrust load in the piston is a load in a direction in which the internal combustion engine rotates in a direction opposite to the revolution direction of the planetary gear, the thrust load acts on the internal gear with which the planetary gear meshes. It works to counteract the reaction force. Therefore, it is possible to reliably reduce the rolling operation of the internal combustion engine.
  • the length of the connecting rod can be shortened and the weight can be reduced.
  • the length of the piston can be shortened.
  • power loss in the piston can be reduced.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
  • reference numeral 1 denotes a cylinder block in the internal combustion engine.
  • the cylinder block 1 is provided with a cylinder bore 3 containing a piston 2 that reciprocates.
  • a cylinder head 4 for closing the top of the cylinder bore 3 is provided on the upper portion of the cylinder bore 3.
  • a pair of left and right output shafts 5 configured to extend in a direction perpendicular to the axis 3 a of the cylinder bore 3 are rotatably supported at the lower portion of the cylinder bore 3.
  • the cylinder head 4 is provided with an intake / exhaust valve, a spark plug, a fuel injection valve and the like for the cylinder bore 3 (not shown).
  • a connecting rod 6 is connected to the piston 2 via a piston pin 2a.
  • the lower end of the connecting rod 6 is rotatably fitted to a crank pin 7 disposed in parallel with the output shaft 5. Both ends of the crank pin 7 are integrally fixed to a pair of left and right crank arms 8.
  • a pin shaft 9 disposed in parallel with the output shaft 5 is eccentrically provided on the outer surfaces of the crank arms 8 by a dimension E1 that is a quarter of the reciprocating stroke L of the piston 2 from the center of the crank pin 7. It is provided integrally with the part to be protruded outward.
  • the arm 10 integrated with both the output shafts 5 is provided with a bearing hole 11 at a portion eccentric from the center of the output shaft 5 by a dimension E2 that is a quarter of the reciprocating stroke L of the piston 2.
  • the both pin shafts 9 are rotatably inserted into the bearing holes 11 and are rotatably supported by the output shaft 5.
  • a planetary gear 12 having a pitch circle D1 that is half of the reciprocating stroke L of the piston 2 is non-rotatably fitted to both the pin shafts 9.
  • An internal gear 13 having a reciprocating stroke L in the piston 2 as a pitch circle D2 is arranged outside the both crank arms 8 so as to be concentric with the output shaft 5.
  • the internal gear 13 is supported so as not to rotate with respect to the cylinder block 1.
  • the planetary gear 12 and the crank pin 7 are connected to the internal gear 13 by the reciprocating motion of the piston 2 as shown in FIG.
  • the output shaft 5 is rotated (revolved) only once around the output shaft 5 while being rotated (rotated) only once about the pin shaft 9.
  • the planetary gear 12 rotates around the output shaft 5 as shown by an arrow A in FIG. 2 while being in parallel with the reciprocating locus straight line 14 connected through the center O.
  • the configuration is such that the dimension S is appropriately offset to the side opposite to the (revolution) direction.
  • a reaction force in the direction indicated by arrow B in FIG. 2 acts on the internal gear 13 with which the planetary gear 12 is engaged. Due to this reaction force, the cylinder block 1 that supports the internal gear 13 is rolled in the direction of the arrow B.
  • the axis 3a of the cylinder bore 3 is opposite to the reciprocating locus straight line 14 in parallel with the reciprocating locus straight line 14, and is opposite to the rotation (revolution) direction A of the planetary gear 12.
  • the side was appropriately offset by a dimension S.
  • the push-down force W generated in the piston 2 based on the combustion explosion of fuel is an oblique component force connecting the piston pin 2a and the crank pin 7 as shown in FIG. It is broken down into W1 and a component force W2 in a direction perpendicular to the axis 3a of the cylinder bore 3.
  • the above-described oblique component force W1 acts on the crankpin 7 in an inclined downward direction, whereby the rotation of the planetary gear 12 and the crankpin 7 is promoted.
  • the planetary gear 12 and the crank pin 7 are rotated in association with the reciprocation of the piston 2 in the vicinity of the top dead center TDC and the bottom dead center BDC, and the vicinity of the top dead center and the bottom dead center.
  • Rotational force to increase For example, the rotational force for rotating the planetary gear 12 and the crank pin 7 is increased as compared with the case of acting straightly downward as in the prior art.
  • the component force W2 perpendicular to the axis 3a of the cylinder bore 3 acts on the piston 2 as a lateral thrust load.
  • the thrust load by the component force W2 acts on the cylinder block 1 so as to rotate the cylinder block 1 in the direction indicated by the arrow C as indicated by the arrow C. Therefore, the reaction force in the direction indicated by the arrow B in the internal gear 12 can be canceled out by the lateral thrust load acting on the piston 2, and the rolling operation in the cylinder block 1 can be reduced.
  • the offset dimension S has a predetermined range.
  • the offset dimension S is preferably set to a range of 5 to 15% of the inner diameter of the cylinder bore 3.
  • the cylinder bore 3 is about 10% of the inner diameter.
  • the upper end of the connecting rod 6 that connects the piston 2 and the crank pin 7 is connected to the piston 2 by the piston pin 2a.
  • the connecting rod 6 may be inclined to the axis 3 a of the cylinder bore 3 and straightened, and the upper end thereof may be fixed to the piston 2.
  • the length of the connecting rod 6 can be shortened and the swinging motion of the piston 2 can be eliminated.
  • the present invention is an effective invention for an internal combustion engine in which the output shaft is configured to rotate by the reciprocating motion of the piston.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)
  • Retarders (AREA)

Abstract

　本発明の目的の一つは、シリンダボア（３）内のピストン（２）を、クランクアーム（８）に設けたクランクピン（７）に、コンロッド（６）を介して連結し、前記クランクアームに、ピン軸（９）を、前記クランクピンと偏芯して設け、このピン軸を、出力軸（５）に、当該出力軸と偏芯して回転自在に軸支し、更に、前記ピン軸に回転不能に嵌着した遊星歯車１２を、前記出力軸と同心に配設した内歯車に噛合した内燃機関において、その出力の向上を図り、ローリング動を低減することである。 　前記シリンダボアの軸線（３ａ）を、前記出力軸における軸線方向から見て、前記クランクピン（７）における上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣとを前記出力軸の中心Ｏを通って結ぶ往復動軌跡直線（１４）に対して、前記遊星歯車が回転する方向Ａと反対の側に適宜寸法Ｓだけオフセットする。

Description

内燃機関
　本発明は、出力軸を、ピストンの往復動によって回転するように構成した内燃機関に関する。
　従来の内燃機関においては、従来から良く知られているように、内燃機関における出力軸に、クランクアームが一体に設けられ、このクランクアームのうち前記出力軸の中心から偏芯する部位にクランクピンが設けられている。このクランクピンに、シリンダボア内を往復動する前記ピストンが、コンロッドを介して連結されている。従来の内燃機関は、このような構成によって、ピストンを往復動させて前記出力軸を回転するという構成であった。しかしながら、この構成によると、前記クランクピンが、前記出力軸を中心としてその回りを回転（公転）するから、前記ピストンに、横向きの大きなスラスト荷重が発生する場合があった。
　先行技術としての特許文献１及び２は、下記に説明するクランク機構を開示している。すなわち、特許文献１及び２に開示されたクランク機構では、クランクピンを備えたクランクアームが、前記出力軸と離れた位置に配置されている。また、このクランクアームのうち前記クランクピンの中心からピストンの往復ストロークの１／４の寸法だけ偏芯する部位に、ピン軸が固着されている。また、このピン軸が、前記出力軸により、その中心から前記往復ストロークの１／４の寸法だけ偏芯した部位において回転自在に軸支されている。また、前記往復ストロークをピッチ円とする内歯車が、前記出力軸と同心位置に非回転に配設されている。更に、前記ピン軸に、前記往復動ストロークの半分をピッチ円とする遊星歯車が回転不能に嵌着され、この遊星歯車が前記内歯車に噛合されている。特許文献１及び２は、このようなクランク機構を開示している。
　この構成のクランク機構においては、非回転の内歯車に噛合する遊星歯車及びクランクピンが、ピストンの一回の往復動に連動して、ピン軸を中心として一回だけ回転（自転）しながら、出力軸を中心としてその回りを一回だけ回転（公転）する。このとき、クランクピンが、出力軸における軸線方向から見て、上死点と下死点との間を前記出力軸の中心を通って結ぶ直線に沿って、前記上死点と下死点との間を直線的に往復動するから、ピストンに対する横向きのスラスト荷重を無くすることができる。
　なお、前記出力軸における軸線方向から見て、上死点と下死点との間を前記出力軸の中心を通って結ぶ直線を、以下、「クランクピンの往復動軌跡直線」と称する。
特開昭６２－１８２４４２号公報 特開平７－３０５６０１号公報
　しかし、前記先行技術においては、ピストンが往復動するシリンダボアにおける軸線が、出力軸における軸線方向から見て、前記クランクピンの往復動軌跡直線に一致するように構成されている。換言すると、前記シリンダボアの軸線における直線的な延長線が、前記クランクピンの往復動軌跡直線に重なるという構成にしている。
　このために、ピストンが上死点にあって、前記クランクピン、ピン軸及び出力軸の三つの部材が前記クランクピンの往復動軌跡直線上に位置する状態になっているとき、燃料の燃焼爆発に基づいて前記ピストンに発生する押し下げ力は、前記クランクピンに対して真っ直ぐ下向きに作用する。
　これにより、遊星歯車が左右いずれの方向にも回転し得ることになる。従って、回転方向が一定の方向に定まらない場合がある。また、前記クランクピン、ピン軸及び出力軸に対する軸受け荷重が大きくなるから、これらの軸受け部における摩擦抵抗が増大し、さらには、軸受け部の耐久性が低下してしまう場合があった。
　しかも、前記上死点及び下死点、並びにこれら上死点及び下死点の前後付近においては、前記ピストンの往復動に関連して前記遊星歯車を回転する回転力が小さいから、この分だけ内燃機関の出力が低下する場合がある。
　その上、前記遊星歯車が噛合する非回転の内歯車には、前記遊星歯車が回転するときの反力が、前記遊星歯車が回転するときの回転方向と同じ方向に作用する。従って、内燃機関の全体が、前記非回転の内歯車に作用する反力により、前記出力軸の回りにローリング動作する場合があった。
　本発明は、これらの問題を解消することを技術的課題とするものである。
　この技術的課題を達成するため本発明の請求項１は、
「シリンダボア内を往復動するピストンを、クランクアームに設けたクランクピンに、コンロッドを介して連結し、前記クランクアームに、ピン軸を、前記クランクピンと偏芯して設け、このピン軸を、出力軸に、当該出力軸と偏芯して回転自在に軸支し、更に、前記ピン軸に回転不能に嵌着した遊星歯車を、前記出力軸と同心に配設した内歯車に噛合することにより、前記遊星歯車及びクランクピンが前記ピストンの往復動に連動して前記ピン軸を中心として回転しながら前記出力軸の回りを回転するように構成にした内燃機関において、
　前記シリンダボアにおける軸線を、前記出力軸における軸線方向から見て、前記クランクピンにおける上死点と下死点との間を前記出力軸の中心を通って結ぶ往復動軌跡直線に対して、当該往復動軌跡直線と平行にしたままで、前記遊星歯車が回転する方向と反対の側にオフセットする。」
ことを特徴としている。
　また、本発明の請求項２は、
「前記請求項１の記載において、前記コンロッドを、前記出力軸における軸線方向から見て、前記シリンダボアにおける軸線と傾斜して、前記ピストンに一体に固着する構成にした。」
ことを特徴としている。
　また、請求項３に記載の内燃機関は、シリンダボア内を往復動するピストンと、前記ピストンの往復動と連動して回転する出力軸と、クランクピンを備えるクランクアームと、前記クランクピンと前記ピストンとを連結するコンロッドと、前記クランクアーム上において、前記クランクピンと偏心し且つ前記出力軸と偏心する位置に設けられるピン軸であって、前記出力軸に対して、回転自在に軸支されるピン軸と、前記出力軸と同心に配置された内歯車と噛合する遊星歯車であって、前記ピン軸に回転不能に嵌着された遊星歯車と、を備え、前記遊星歯車と前記クランクピンとが、前記ピストンの往復動に連動して、前記ピン軸を中心として回転しながら前記出力軸の回りを回転する内燃機関であって、前記シリンダボアの軸線を、前記出力軸の軸線方向から見て、前記クランクピンにおける上死点と下死点との間を前記出力軸の中心を通って結ぶ往復動軌跡直線に対して、当該往復動軌跡直線と平行にしたままで、前記遊星歯車が回転する方向と反対の方向にオフセットすることを特徴としている。
　また、請求項４に記載の内燃機関は、前記出力軸における軸線方向から見て、前記コンロッドは、前記シリンダボアの軸線と傾斜し、前記ピストンに一体に固着されている。
　また、請求項５に記載の内燃機関は、シリンダボア内を往復動するピストンと、前記ピストンの往復動と連動して回転する出力軸と、クランクピンを備えるクランクアームと、前記クランクピンと前記ピストンとを連結するコンロッドと、前記クランクアーム上において、前記クランクピンと偏心し且つ前記出力軸と偏心する位置に設けられるピン軸であって、前記出力軸に対して、回転自在に軸支されるピン軸と、前記出力軸と同心に配置された内歯車と噛合する遊星歯車であって、前記ピン軸に回転不能に嵌着された遊星歯車と、を備え、前記遊星歯車と前記クランクピンとが、前記ピストンの往復動に連動して、前記ピン軸を中心として回転しながら前記出力軸の回りを回転する内燃機関であって、前記出力軸の軸線方向から見て、前記コンロッドの軸線は、前記クランクピンにおける上死点と下死点と前記出力軸とを結ぶ往復動軌跡直線に対して傾斜している。
　前記請求項１によると、ピストンが上死点にあって、クランクピン、ピン軸及び出力軸の三つの部材が、前記クランクピンにおける上死点と下死点との間を前記出力軸の中心を通って結ぶ往復動軌跡直線上に位置する状態になっているとき、燃料の燃焼爆発に基づいて前記ピストンに発生する押し下げ力は、前記先行技術のように、クランクピンに対して真っ直ぐ下向きに作用することなく、シリンダボアの軸線を前記往復動軌跡直線から遊星歯車の回転方向と反対の方向にオフセットした分だけ、遊星歯車の回転方向に傾斜して作用することになる。
　これにより、回転の方向を常に一定の方向に定めることができるとともに、前記クランクピン、ピン軸及び出力軸に対する軸受け荷重が小さくなる。よって、これらの軸受け部における摩擦抵抗を低減し、さらに、軸受け部の耐久性を向上することができる。
　しかも、前記ピストンによる押し下げ力が、前記クランクピンに対して遊星歯車の回転方向に傾斜して作用することで、前記遊星歯車及びクランクピンの回転を促進できる。従って、前記上死点及び下死点、並びにこれら上死点及び下死点の前後付近においては、前記ピストンの往復動に関連して前記遊星歯車及びクランクピンを回転する回転力が増大する。また、前記遊星歯車及びクランクピンを回転する回転力を、前記先行技術のように真っ直ぐ下向きに作用する場合よりも増大できるから、内燃機関における出力を向上できる。
　一方、前記ピストンには、前記シリンダボアの軸線をオフセットしたことによって、横向きのスラスト荷重が発生することになる。しかしながら、このピストンにおける横向きのスラスト荷重は、前記遊星歯車の公転方向とは逆の方向に内燃機関を回転する方向の荷重であるため、このスラスト荷重が、前記遊星歯車が噛合する内歯車に作用する反力を打ち消す働きの作用をする。従って、内燃機関が、ローリング動作することを確実に低減できる。
　また、請求項２によると、コンロッドの長さを短くできて、軽量化を図ることができることに加えて、前記ピストンの首振り運動がないために、当該ピストンの長さ短くすることができる。更に、前記ピストンにおける動力損失を低減できる。
　また、請求項４から５に記載の発明によれば、請求項１や２と同様の効果が得られる。
本発明の実施の形態を示す縦断正面図である。 図１のII－II視断面図である。
符号の説明
　　１　　　　　　　　シリンダブロック
　　２　　　　　　　　ピストン
　　３　　　　　　　　シリンダボア
　　３ａ　　　　　　　シリンダボアの軸線
　　４　　　　　　　　シリンダヘッド
　　５　　　　　　　　出力軸
　　６　　　　　　　　コンロッド
　　７　　　　　　　　クランクピン
　　８　　　　　　　　クランクアーム
　　９　　　　　　　　ピン軸
　　１０　　　　　　　アーム
　　１１　　　　　　　軸受け孔
　　１２　　　　　　　遊星歯車
　　１３　　　　　　　内歯車
　　ＴＤＣ　　　　　　上死点
　　ＢＤＣ　　　　　　下死点
　　Ｏ　　　　　　　　出力軸の中心
　　１４　　　　　　　往復動軌跡直線
　以下、本発明の実施の形態を、図１及び図２の図面について説明する。
　これらの図において、符号１は、内燃機関におけるシリンダブロックを示している。このシリンダブロック１には、往復動するピストン２を内蔵するシリンダボア３が設けられている。また、シリンダボア３の上部には、前記シリンダボア３の頂部を塞ぐためのシリンダヘッド４が設けられている。また、シリンダボア３の下部には、前記シリンダボア３の軸線３ａと直交する方向に延びるように構成した左右一対の出力軸５が回転自在に軸支されている。
　なお、前記シリンダヘッド４には、図示していないが、前記シリンダボア３に対する吸気排気弁、点火栓及び燃料噴射弁等が設けられている。
　前記ピストン２には、コンロッド６の上端がピストンピン２ａを介して連結されている。また、前記コンロッド６の下端は、前記出力軸５と平行に配置されたクランクピン７に、回転自在に被嵌されている。このクランクピン７の両端は、左右一対のクランクアーム８に一体に固着されている。この両クランクアーム８の外側面には、前記出力軸５と平行に配置されたピン軸９が、前記クランクピン７の中心から前記ピストン２における往復ストロークＬの１／４の寸法Ｅ１だけ偏芯する部位に、外向きに突出するように一体に設けられている。
　前記両出力軸５と一体のアーム１０には、前記出力軸５の中心から前記ピストン２における往復ストロークＬの１／４の寸法Ｅ２だけ偏芯する部位に軸受け孔１１が設けられている。前記両ピン軸９は、前記軸受け孔１１内に回転自在に挿入され、前記出力軸５にて回転自在に軸支されている。
　また、前記両ピン軸９には、前記ピストン２における往復ストロークＬの半分をピッチ円Ｄ１とする遊星歯車１２が回転不能に嵌着されている。また、前記両クランクアーム８の外側には、前記ピストン２における往復ストロークＬをピッチ円Ｄ２とする内歯車１３が、前記出力軸５と同心にして配設されている。また、前記内歯車１３は、前記シリンダブロック１に対して回転しないように支持されている。この内歯車１３に、前記遊星歯車１２を噛合する構成により、前記ピストン２における一回の往復動に連動して、前記遊星歯車１２及び前記クランクピン７が、図２に矢印Ａで示すように、前記ピン軸９を中心として一回だけ回転（自転）しながら、前記出力軸５を中心として前記出力軸５の回りを一回だけ回転（公転）するという構成にしている。
　そして、図２に示すように、前記出力軸５における軸線方向から見て、前記シリンダボア３における軸線３ａを、前記クランクピン７における上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣとの間を前記出力軸５の中心Ｏを通って結ぶ往復動軌跡直線１４に対して、当該往復動軌跡直線１４と平行にしたままで、前記遊星歯車１２が図２に矢印Ａで示すように出力軸５の回りを回転（公転）する方向と反対の側に適宜寸法Ｓだけオフセットするという構成にしている。
　この構成において、非回転の内歯車１３に噛合する遊星歯車１２及びクランクピン７は、ピストン２の一回の往復動に連動して、図２に矢印Ａで示すように、ピン軸９を中心として一回だけ回転（自転）しながら、出力軸５を中心としてその回りを一回だけ回転（公転）する。この動作により、クランクピン７は、出力軸５における軸線方向から見て、前記往復動軌跡直線１４に沿って、前記上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣとの間を直線的に往復動する。
　この場合、前記遊星歯車１２が噛合する前記内歯車１３には、図２に矢印Ｂで示す方向の反力が作用する。この反力により、この内歯車１３を支持する前記シリンダブロック１は、その矢印Ｂの方向にローリング動作されることになる。
　上述のように、前記シリンダボア３における軸線３ａを、前記往復動軌跡直線１４に対して、当該往復動軌跡直線１４と平行にしたままで、前記遊星歯車１２の回転（公転）方向Ａと反対の側に適宜寸法Ｓだけオフセットした。この構成により、爆発行程において、燃料の燃焼爆発に基づいて前記ピストン２に発生する押し下げ力Ｗは、図２に示すように、前記ピストンピン２ａと前記クランクピン７とを結ぶ斜め方向の分力Ｗ１と、前記シリンダボア３の軸線３ａと直交する方向の分力Ｗ２とに分解される。
　前記ピストン２が上死点にあって、クランクピン７、ピン軸９及び出力軸５の三つの部材が、前記往復動軌跡直線１４上に位置する状態になっているとき、前記クランクピン７には、前記した斜め方向の分力Ｗ１が傾斜して下向きに作用するから、前記出力軸５が回転する方向を一定に定めることができる。また、この構成により、前記クランクピン７、ピン軸９及び出力軸５に対する軸受け荷重が小さくなる。
　また、前記クランクピン７には、前記した斜め方向の分力Ｗ１が傾斜して下向きに作用することで、前記遊星歯車１２及びクランクピン７の回転が促進される。この結果、前記上死点ＴＤＣ及び下死点ＢＤＣ、並びにこれら上死点及び下死点の前後付近においては、前記ピストン２の往復動に関連して前記遊星歯車１２及び前記クランクピン７を回転する回転力が増大する。例えば、前記先行技術のように真っ直ぐ下向きに作用する場合よりも、前記遊星歯車１２及び前記クランクピン７を回転する回転力が増大する。
　一方、前記シリンダボア３の軸線３ａと直角方向の分力Ｗ２は、前記ピストン２に、横向きのスラスト荷重として作用する。この分力Ｗ２によるスラスト荷重は、前記シリンダブロック１に対して、矢印Ｃで示すように、当該シリンダブロック１を矢印Ｃで示す方向に回転するように作用する。よって、このピストン２に作用する横向きのスラスト荷重によって、前記内歯車１２における矢印Ｂで示す方向の反力を打ち消すことができて、シリンダブロック１におけるローリング動作を低減できる。
　なお、前記シリンダボア３の軸線３ａにおける前記往復動軌跡直線１４からのオフセット寸法Ｓを大きくすることにより、上述の効果を助長できるのであるが、前記オフセット寸法Ｓを大きくすると、前記ピストン２に対する横向きのスラスト荷重が必要以上に増大することになる。従って、このオフセット寸法Ｓには、所定の範囲が存在し、例えば、このオフセット寸法Ｓを、前記シリンダボア３における内径の５～１５％の範囲に設定することが好ましい。最も好ましいのは、前記シリンダボア３における内径の１０％前後にした場合である。
　また、前記図示の実施の形態においては、前記ピストン２と前記クランクピン７とを連結するコンロッド６の上端を、前記ピストン２に対してピストンピン２ａにて連結するという構成であった。しかしながら、本発明における別の実施の形態としては、前記コンロッド６を、前記シリンダボア３の軸線３ａに傾斜して真っ直ぐにしたうえで、その上端を前記ピストン２に固着するという構成でも良い。
　この構成によると、前記コンロッド６の長さを短くできるとともに、前記ピストン２の首振り運動を無くすることができる。
　本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。
　本出願は、2008年3月27日出願の日本特許出願・出願番号2008-083912に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本発明は、出力軸を、ピストンの往復動によって回転するように構成した内燃機関ついて有効な発明である。

Claims (5)

  1. 　シリンダボア内を往復動するピストンを、クランクアームに設けたクランクピンに、コンロッドを介して連結し、前記クランクアームに、ピン軸を、前記クランクピンと偏芯して設け、このピン軸を、出力軸に、当該出力軸と偏芯して回転自在に軸支し、更に、前記ピン軸に回転不能に嵌着した遊星歯車を、前記出力軸と同心に配設した内歯車に噛合することにより、前記遊星歯車及びクランクピンが前記ピストンの往復動に連動して前記ピン軸を中心として回転しながら前記出力軸の回りを回転するように構成にした内燃機関において、
    　前記シリンダボアにおける軸線を、前記出力軸における軸線方向から見て、前記クランクピンにおける上死点と下死点との間を前記出力軸の中心を通って結ぶ往復動軌跡直線に対して、当該往復動軌跡直線と平行にしたままで、前記遊星歯車が回転する方向と反対の側にオフセットすることを特徴とする内燃機関。
  2. 　前記請求項１の記載において、前記コンロッドを、前記出力軸における軸線方向から見て、前記シリンダボアにおける軸線と傾斜して、前記ピストンに一体に固着する構成にしたことを特徴とする内燃機関。
  3. 　シリンダボア内を往復動するピストンと、
    　前記ピストンの往復動と連動して回転する出力軸と、
    　クランクピンを備えるクランクアームと、
    　前記クランクピンと前記ピストンとを連結するコンロッドと、
    　前記クランクアーム上において、前記クランクピンと偏心し且つ前記出力軸と偏心する位置に設けられるピン軸であって、前記出力軸に対して、回転自在に軸支されるピン軸と、
    　前記出力軸と同心に配置された内歯車と噛合する遊星歯車であって、前記ピン軸に回転不能に嵌着された遊星歯車と、
    　を備え、
    　前記遊星歯車と前記クランクピンとが、前記ピストンの往復動に連動して、前記ピン軸を中心として回転しながら前記出力軸の回りを回転する内燃機関であって、
    　前記シリンダボアの軸線を、前記出力軸の軸線方向から見て、前記クランクピンにおける上死点と下死点との間を前記出力軸の中心を通って結ぶ往復動軌跡直線に対して、当該往復動軌跡直線と平行にしたままで、前記遊星歯車が回転する方向と反対の方向にオフセットすることを特徴とする内燃機関。
  4. 　前記出力軸における軸線方向から見て、前記コンロッドは、前記シリンダボアの軸線と傾斜し、前記ピストンに一体に固着されている請求項３に記載の内燃機関。
  5. 　シリンダボア内を往復動するピストンと、
    　前記ピストンの往復動と連動して回転する出力軸と、
    　クランクピンを備えるクランクアームと、
    　前記クランクピンと前記ピストンとを連結するコンロッドと、
    　前記クランクアーム上において、前記クランクピンと偏心し且つ前記出力軸と偏心する位置に設けられるピン軸であって、前記出力軸に対して、回転自在に軸支されるピン軸と、
    　前記出力軸と同心に配置された内歯車と噛合する遊星歯車であって、前記ピン軸に回転不能に嵌着された遊星歯車と、
    　を備え、
    　前記遊星歯車と前記クランクピンとが、前記ピストンの往復動に連動して、前記ピン軸を中心として回転しながら前記出力軸の回りを回転する内燃機関であって、
    　前記出力軸の軸線方向から見て、前記コンロッドの軸線は、前記クランクピンにおける上死点と下死点と前記出力軸とを結ぶ往復動軌跡直線に対して傾斜している内燃機関。
PCT/JP2009/055911 2008-03-27 2009-03-25 内燃機関 WO2009119643A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008-083912 2008-03-27
JP2008083912A JP5014225B2 (ja) 2008-03-27 2008-03-27 内燃機関

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009119643A1 true WO2009119643A1 (ja) 2009-10-01

Family

ID=41113834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2009/055911 WO2009119643A1 (ja) 2008-03-27 2009-03-25 内燃機関

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5014225B2 (ja)
WO (1) WO2009119643A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2984957A1 (fr) * 2011-12-22 2013-06-28 Peugeot Citroen Automobiles Sa Groupe moteur
CN104948698A (zh) * 2015-07-01 2015-09-30 李云峰 一种往复-旋转运动转换机构
WO2018014149A1 (zh) * 2016-07-22 2018-01-25 张文钟 部件移位式往复内燃机及方法
WO2021229598A1 (en) * 2020-05-12 2021-11-18 Sagaya Technologies (Opc) Private Limited A crank of a slider-crank mechanism
WO2022135055A1 (zh) * 2020-12-21 2022-06-30 深圳市银星智能科技股份有限公司 清洁设备

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105156620B (zh) * 2015-07-24 2018-04-17 李云峰 一种往复‑旋转运动转换机构
CN112716373B (zh) 2020-12-21 2022-08-23 深圳银星智能集团股份有限公司 清洁设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03185221A (ja) * 1989-12-13 1991-08-13 Fuji Heavy Ind Ltd レシプロエンジン
JPH06307256A (ja) * 1993-04-23 1994-11-01 Yuji Haneda 内燃機関
JPH07150969A (ja) * 1993-11-26 1995-06-13 Toyota Motor Corp クランク軸オフセットエンジン
JPH07305601A (ja) * 1994-05-10 1995-11-21 Rongu Ueru Japan Kk クランク装置および機械装置
JP2009036030A (ja) * 2007-07-31 2009-02-19 Fuji Heavy Ind Ltd 高膨張比エンジンのクランクシャフト構造

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03185221A (ja) * 1989-12-13 1991-08-13 Fuji Heavy Ind Ltd レシプロエンジン
JPH06307256A (ja) * 1993-04-23 1994-11-01 Yuji Haneda 内燃機関
JPH07150969A (ja) * 1993-11-26 1995-06-13 Toyota Motor Corp クランク軸オフセットエンジン
JPH07305601A (ja) * 1994-05-10 1995-11-21 Rongu Ueru Japan Kk クランク装置および機械装置
JP2009036030A (ja) * 2007-07-31 2009-02-19 Fuji Heavy Ind Ltd 高膨張比エンジンのクランクシャフト構造

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2984957A1 (fr) * 2011-12-22 2013-06-28 Peugeot Citroen Automobiles Sa Groupe moteur
CN104948698A (zh) * 2015-07-01 2015-09-30 李云峰 一种往复-旋转运动转换机构
CN104948698B (zh) * 2015-07-01 2017-06-09 李云峰 一种往复‑旋转运动转换机构
WO2018014149A1 (zh) * 2016-07-22 2018-01-25 张文钟 部件移位式往复内燃机及方法
WO2021229598A1 (en) * 2020-05-12 2021-11-18 Sagaya Technologies (Opc) Private Limited A crank of a slider-crank mechanism
WO2022135055A1 (zh) * 2020-12-21 2022-06-30 深圳市银星智能科技股份有限公司 清洁设备
US11737636B2 (en) 2020-12-21 2023-08-29 Shenzhen Fly Rodent Dynamics Intelligent Technology Co., Ltd. Cleaning device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009236032A (ja) 2009-10-15
JP5014225B2 (ja) 2012-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2009119643A1 (ja) 内燃機関
CN103270256B (zh) 具有防转动滚子式气门挺杆的内燃发动机
EP2048335B1 (en) Variable stroke engine
KR100474424B1 (ko) 엔진
CN107237690A (zh) 具有可变压缩比的独立压缩膨胀比发动机
WO2017141673A1 (ja) 内燃機関用リンク機構のアクチュエータ
JP5765500B2 (ja) 可変圧縮比内燃機関
JP2005054685A (ja) 圧縮比可変エンジン
RU2296234C1 (ru) Кривошипно-шатунный механизм уколова
EP2048336B1 (en) Variable stroke engine
US7305938B2 (en) Stroke-variable engine
JP2006200375A (ja) ２サイクル内燃機関のクランク機構
CN1902382A (zh) 内燃机的气门升程可变装置
JP5589653B2 (ja) 内燃機関及びそのピストン上死点位置の調整方法
JP2011069301A (ja) 内燃機関
JP4952705B2 (ja) 圧縮比制御装置
JP2013011207A (ja) 内燃機関の複リンク式ピストン−クランク機構
JP2014234707A (ja) 内燃機関
KR20140056727A (ko) 압축비 가변기구를 구비한 엔진
JP4090339B2 (ja) 内燃機関の動弁装置
JP4459135B2 (ja) ストローク可変エンジン
JP5334782B2 (ja) 内燃機関
JP2003097201A (ja) 往復運動機構

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09725354

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09725354

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1