JP2004162590A - Double acting piston engine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クランク軸を挟んで両側に互いに対向する一対のシリンダを有し、このシリンダに摺合する左右ピストンを一体に連結して構成されるダブルアクティングピストンエンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】
このようなダブルアクティングピストンエンジンとしては、本出願人の出願による特許文献1(特公昭51−35645号)に開示のものがある。このダブルアクティングピストンエンジンでは、左右にピストンを有する連結体に内歯ギヤを形成し、クランクシャフト上にクランクピンと同心に形成した外歯ピニオンギヤをこの内歯ギヤと噛合させ、ピストンの往復動をこれら内歯ギヤと外歯ピニオンギヤとを介してクランクシャフトに伝達してクランクシャフトを回転駆動するように構成されている。本出願人はさらに、上記ダブルアクティングピストンエンジンの強度向上を図るとともに潤滑性を図る目的でこれを改良したダブルアクティングピストンエンジンの米国特許を取得している(特許文献2:米国特許第5,347,960号)。
【0003】
この米国特許に開示のダブルアクティングピストンエンジンは、回転中心軸から所定距離eだけ偏心したクランクピンを一体に有してなるクランクシャフトと、クランクシャフト軸に直交する方向に延びる軸線上にクランクシャフトを挟んで対向配設された左右シリンダ室を有するシリンダと、左および右シリンダ室内に摺合配設されるとともにクランクピンに連結されたピストンアセンブリとを有して構成される。このピストンアセンブリは、左および右シリンダ室内にそれぞれ摺合配設される左および右ピストンと、左および右ピストンを結合させる連結体と、クランクシャフト軸と平行に且つ偏心して延びる中心を有して連結体内に形成された円筒状開口内に回転自在に摺合配設されたローターとからなる。そして、このローターには、その中心軸から所定距離eだけ偏心した偏心孔が形成されており、この偏心孔にクランクピンを回転自在に結合させてピストンアセンブリがクランクピンと連結されている。
【0004】
このような構成のダブルアクティングピストンエンジンにおいては、ピストンアセンブリの左右ピストンがそれぞれ左右シリンダ室内を往復動すると連結体がこれと一緒に往復動され、この往復運動がローターおよびクランクピンを介してクランクシャフトに伝達されてクランクシャフトを回転させる。すなわち、連結体の円筒状開口内でローターが回転し、ローターの偏心孔内でクランクピンが相対回転することにより、連結体の往復運動がクランクシャフトの回転運動に変換される。このことから分かるように、ピストンアセンブリの往復運動をクランクシャフトの回転運動に滑らかに且つ効率良く変換するには、連結体の円筒状開口内でのローターの回転とローターの偏心孔内でのクランクピンの回転とが抵抗無く滑らかに行われることが必要である。
【0005】
【特許文献1】特公昭51−35645号
【特許文献2】米国特許第5,347,960号
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、円筒状開口の径は偏心孔の径より大きいため、連結体の円筒状開口内でのローターの回転抵抗の方がローターの偏心孔内でのクランクピンの回転抵抗より大きくなりやすく、両回転角に僅かな進角の相違が発生することがあり、これにより往復運動と回転運動との変換が滑らかでなくなることがある。エンジンが通常に運転されている状態ではこのような現象は各部材の慣性力によりうち消されて問題となることがほとんどないのであるが、エンジンが低回転運転しているときや、始動するときにこのような現象が発生すると、回転が不安定になったり、始動性を低下させたりするおそれがあるという問題がある。
【0007】
本発明はこのような問題に鑑みたもので、ピストンの往復運動をクランクシャフトの回転運動に効率良く変換でき、低回転時でも安定した運転を可能とするとともにエンジン始動性を向上させることができるようなダブルアクティングピストンエンジンを提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような目的達成のため、本発明に係るダブルアクティングピストンエンジンは、第1中心軸C1を中心として回転自在に支持され、この第1中心軸C1から所定距離eだけ偏心して平行に延びる第2中心軸C2を有するクランクピンを一体に有してなるクランクシャフトと、第1中心軸C1に直角な軸線上にクランクシャフトを挟んで対向配設された左右シリンダ室を有するシリンダと、これら左および右シリンダ室内に摺合配設されるとともにクランクピンに連結されたピストンアセンブリとを有して構成される。そして、ピストンアセンブリが、左および右シリンダ室内にそれぞれ摺合配設される左および右ピストンと、左および右ピストンを結合させる連結体と、この連結体に第1中心軸C1と平行に延びる第3中心軸C3を有して形成された円筒状開口内に回転自在に摺合配設されたローターとから構成され、このローターには、連結体に対する回転中心となる第3中心軸C3から、上記所定距離eと同一の距離だけ偏心した偏心孔が形成されており、この偏心孔にクランクピンを回転自在に結合させてピストンアセンブリがクランクピンと連結される。さらに、ローターに支持されて設けられ、クランクピンが第1中心軸C1を中心として回転するときにクランクピンの回転と連動してローターを回転させる連動回転機構を有する。
【0009】
なお、この連動回転機構は、ローターに回転自在に支持されるとともにクランクピンの外周面に当接する第1ローラと、ローターに回転自在に支持されるとともに第1ローラの外周面および円筒状開口の内周面に当接する第2ローラとから構成されるのが好ましい。さらに、第2ローラが第1ローラを挟むようにして二個設けられ、これら二個の第2ローラを第1ローラを挟む方向に付勢する付勢手段が設けられているのが好ましい。
【0010】
このような構成の本発明に係るダブルアクティングピストンエンジンにおいては、連動回転機構によりクランクピンが第1中心軸C1を中心として回転するときにクランクピンの回転と連動してローターを回転させるため、連結体の円筒状開口内でのローターの回転抵抗の方がローターの偏心孔内でのクランクピンの回転抵抗より大きくても、両回転角に進角の相違が発生することが連動回転機構により抑えられる。このため、エンジン低回転運転時や、始動時でもこのような進角の相違が生じることがなく、ピストンの往復運動を滑らかに且つ効率よくクランクシャフトの回転運動に変換することができ、エンジンを低回転で運転するときにも回転が不安定となることがなく、エンジンの始動性も向上する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好ましい実施形態について説明する。本発明の一例に係るダブルアクティングピストンエンジンを図1、図2に示している。このエンジンは、クランクシャフト60を挟むようにして左右一対のシリンダ1,2が対向配設されて構成されている。両シリンダ1,2は、それぞれ内端同士が対向して結合されたシリンダボディ10,20と、各シリンダボディ10,20の外端に取り付けられたシリンダヘッド12,22とからなる。シリンダヘッド12,22には、点火プラグ13,23と、吸排気バルブ14a,14b,24a,24bが図示のように取り付けられている。
【0012】
シリンダボディ10,20にはそれぞれ、クランクシャフト60の回転中心軸C1(第1中心軸)に対して直角な方向に貫通する同一径のシリンダボア10a,20aが形成されており、これらシリンダボア10a,20aがシリンダヘッド12,22により覆われて、クランクシャフト60を挟んで対向する左右シリンダ室15,25が形成されている。これら左右シリンダ室15,25は同軸上に位置して形成されている。なお、シリンダボディ10,20にはそれぞれシリンダボアを囲んで冷却水通路10b,20bが形成されており、潤滑油路および溝等も形成されている。
【0013】
左右シリンダ室15,25内にピストンアセンブリ3が摺動自在に嵌合配設されている。このピストンアセンブリ3は、連結体30と、この連結体30の左右端部にボルト58により結合された左右一対のピストン50,50と、連結体30内に回転自在に配設されたローターアセンブリ40とから構成される。左右一対のピストン50,50はそれぞれシリンダボア10a,20aに摺合してシリンダ室15,25内に挿入されており、連結体30に結合された状態で一体となって、シリンダ室15,25内を軸方向に往復移動可能となっている。
【0014】
左右一対のピストン50,50は同一形状であり、図3に示すように形成されている。ピストン50は、シリンダボア10a,20aと摺合する円筒状のヘッド部51と、ヘッド部51の上下両側から後方に延びた円弧状の一対のスリッパ部52,52と、これら一対のスリッパ部52,52の間を結んでヘッド部51の後側に形成されたリブ53,53とから一体形成されている。ヘッド部51の外周面には3個のリング溝51a,51b,51c(ピストンリング溝およびオイルリング溝)が形成されている。また、リブ53には上下に延びた挿入溝53aが形成されるとともに、この挿入溝53aを横切って上下一対の連結孔53bが形成されている。なお、ヘッド部51の外周面とスリッパ部52の外周面とは、シリンダボア10a,20aと摺合する円筒面を形成している。
【0015】
連結体30は、図4〜図6に示すように、リング状リム部31と、リム部31から左右両側に延びた各一対の連結アーム壁33とを有する。リム部31は円筒状開口を有し、この円筒状開口の内周面31aにおける厚さ方向片側には内周側に突出するショルダー部32が一体形成され、このショルダー部の内面における上下二カ所にそれぞれ複数枚の歯からなる内歯ギヤ32aが形成されている。また、各連結アーム壁33には上下一対の連結孔33aが形成されている。さらに、リム部31の外周側における上下二カ所には、シリンダボア10a,20aに摺合する円弧状のガイド部35が形成されている。このガイド部35の一端には切り欠き35aが設けられ、この切り欠き35aとリム部31の内周面31aとを連通する第1潤滑孔35bがそれぞれ形成されている。
【0016】
ピストン50のリブ53に形成された挿入溝53aに連結アーム壁33を挿入させるとともに、連結孔33a,53bにボルト58を挿入して図1に示すように、ピストン50が連結体30の両側に結合される。このとき、各ピストン50のスリッパ部52が連結体30のガイド部35に当接する。この状態で、ピストンヘッド部51と、スリッパ部52と、ガイド部35の外周面とは同一円周上に並び、図1および図2に示すように、シリンダボア10a,20aに摺合可能である。
【0017】
ローターアセンブリ40は、図7に示すように、第1ローター部材41と第2ローター部材42とを左右一対のボルト43により結合して構成され、円筒外周面45を有する円筒状に形成されている。この円筒外周面45の中心軸C3(第3中心軸)から距離eだけ偏心した中心軸C2(第2中心軸)を有する偏心孔44がこのローターアセンブリ40(第1および第2ローター部材41,42)に形成されている。なお、第1ローター部材41と第2ローター部材42との結合面と第2中心軸C2とは重なる。第2ローター部材42にはボルト43のヘッドのための座ぐり42bが形成されているが、この座ぐり42bから偏心孔44に貫通する小さな第2潤滑孔42aが第2ローター部材41に形成されている。また、円筒外周面45には全周にわたる潤滑溝45aが形成されている。
【0018】
第1ローター部材41には片側側面に開口した左右一対のローラ配設空間41aが左右対称形状に形成されている。各ローラ配設空間41内には、第1支持ピン46aにより回転自在に支持された第1ローラ46と、それぞれ第2支持ピン47aにより回転自在に支持された一対の第2ローラ47とが配設されている。これら左右一対のローラ配設空間41,41を覆って第1ローター部材41の側面にカバー49がボルト49aにより固定されている。ここで、第1支持ピン46aはボルト46bにより第1ローター部材41およびカバー49に固定されており、この第1支持ピン46aの上に第1ローラ46が回転自在に緩嵌合して取り付けられている。
【0019】
また、カバー49の上においてボルト46bに捻りコイルバネ48が取り付けられており、両側脚部48a,48aがカバー49の開口を通ってローラ配設空間41内に突出し、第2支持ピン47aと係合している。捻りコイルバネ48は脚部48a,48aが閉じる方向、すなわち、図7(A)において矢印Aで示す方向に付勢力が作用するバネであり、一対の第2ローラ47,47を互いに近づけるように付勢する。なお、ローラ配設空間41には、第1ローター部材41の偏心孔44に開口して第1ローラ46の外周面を露出させる第1開口41aと、円筒外周面45に開口して第2ローラ47の外周面を露出させる第2開口41b,41bとが形成されている。なお、後述の作動説明から分かるように、第1および第2ローラ46,47および捻りコイルバネ48により、クランクピン61の回転に連動してローターアセンブリ40を回転させる連動回転機構を構成している。
【0020】
ローターアセンブリ40の円筒外周面45は連結体30のリム部31の内周面31aに回転自在に摺合する寸法であり、偏心孔44はクランクシャフト60のクランクピン61を回転自在に摺合させる寸法である。このため、図1および図2に示すように、偏心孔44内にクランクピン61を回転自在に摺合させるようにしてローターアセンブリ40がクランクピン61に取り付けられ、且つこのローターアセンブリ40は連結体30のリム部31の内周面31aに回転自在に摺合される。この結果、ピストンアセンブリ3は、クランクピン61に連結されるとともに、シリンダ室15,25内に軸方向に移動自在に挿入配設された状態となる。
【0021】
なお、このように偏心孔44内にクランクピン61を回転自在に摺合させるとともにローターアセンブリ40が連結体30の内周面31aに回転自在に摺合されたとき、第1ローラ46の外周面が第1開口41aを介してクランクピン61の外周面に当接し、第2ローラ47,47の外周面が第2開口41b,41bを介して連結体30の内周面31aと当接する。このとき、捻りコイルバネ48の付勢により、第2ローラ47,47が互いに近づくように押され、第1ローラ46の外周面とクランクピン61の外周面との当接および第2ローラ47,47の外周面と連結体30の内周面31aとの当接状態が維持される。
【0022】
このように捻りコイルバネ48により第2ローラ47,47を付勢することにより、クランクピン61に対するローターアセンブリ40の位置を所望の位置に保持することができる。例えば、クランクピン61が回転駆動されると、第1支持ピン46aと第1ローラ46との隙間および第2支持ピン47aと第2ローラ47との隙間に対応する分だけ、クランクピン61の回転角とローターアセンブリ40の回転角とに差(進角差)が生じるが、回転駆動力が解放された時点で捻りコイルバネ48の付勢力により両ローラ46,47が所定の位置に戻され、所望位置にリセットされる。また、クランクピン61から軸直角方向に作用する力は、第1および第2ローラ46,47を介して連結体30の内周面31aにより受け止められる、すなわち、第1および第2ローラがベアリングとしての役割を果たすため、クランクピン61の強度、耐久性を向上することができる。
【0023】
クランクシャフト60を図8に詳細に示しており、このクランクシャフト60は第1中心軸C1を中心として回転自在となってシリンダボディ1,2により支持されている。クランクピン61はその第2中心軸C2がクランクシャフト60の第1中心軸C1から距離eだけ偏心しており、クランクピン61の片側には複数の歯を有する外歯ギヤ62が形成されている。なお、第1中心軸C1と第2中心軸C2との偏心距離eは、ローターアセンブリ40の第2中心軸C2と第3中心軸C3との偏心距離eと等しい。また、クランクピン61の径は連結体30の内周面31aの径の1/2である。
【0024】
図1および図2に示すように、クランクシャフト60の端部にドライブギヤ63,64が取り付けられている。また、クランクシャフト60の上下にこれと平行に延びてバランサシャフト72,76が回転自在に設けられており、これらバランサシャフト72,76の端部にドリブンギヤ71,75が取り付けられている。ドライブギヤ63,64はそれぞれアイドラギヤ65,66を介してドリブンギヤ71,75と噛合しており、バランサシャフト72,76はクランクシャフト60と同期して回転される。各バランサシャフト72,76には断面半円状のバランスウエイト73,77が設けられており、クランクシャフト60の回転バランスを採るようになっている。
【0025】
以上のように構成したダブルアクティングピストンエンジンの作動について、図9〜図14を参照して説明する。なお、ここでは、クランクシャフト60が図において時計回りに回転するとして説明する。また、これらの図においては、その作動説明を分かりやすくするため、一部の断面部についてはハッチングを省略して示している。
【0026】
まず、図9(A)および(B)には、ピストンアセンブリ3がシリンダボア10a,20a内で最も左側に位置した状態を示しており、この状態では、クランクシャフト60の第1中心軸C1と、クランクピン61の第2中心軸C2と、ローターアセンブリ40の連結体30に対する回転中心(内周面31aの中心軸)となる第3中心軸C3とは横方向に一直線に並び、クランクシャフト60の第1中心軸C1に対してクランクピンの第2中心軸C2が左側に距離eだけ離れ、クランクピンの第2中心軸C2に対してローターアセンブリ40の第3中心軸C3は左側に距離eだけ離れる。このとき、左側のピストン50は上死点に位置して左側シリンダ室25は最も体積が小さい状態(最も圧縮された状態)となり、右側のピストン50は下死点に位置して右側シリンダ室15は最も体積が大きい状態(最も膨張した状態)となる。
【0027】
この状態からクランクシャフト60が時計回りに30°回転すると、図10(A)および(B)に示す状態となる。この回転により、クランクピン61の第2中心軸C2がクランクシャフト60の第1中心軸C1に対して時計回りに30°回転する。クランクピン61はローターアセンブリ40の偏心孔44に回転自在に摺合しているため、このようにクランクピン61が30°回転すると、ローターアセンブリ40は連結体30の内周面31a内を反時計回りに30°回転し、連結体30とともに右方向に移動する。これによりローターアセンブリ40の回転中心軸(第3中心軸)C3は右方向に移動する。この結果、ピストンアセンブリ3がシリンダボア10a,20a内を右方向に移動し、左側シリンダ室25は膨張され、右側シリンダ室15は圧縮される。すなわち、左側ピストン50は4サイクルエンジンの場合での爆発行程もしくは吸気行程を開始し、右側ピストン50は圧縮行程もしくは排気行程を開始する。
【0028】
このとき、クランクピン61と偏心孔44との相対回転に対する回転抵抗よりローターアセンブリ40の連結体内周面31aでの相対回転に対する回転抵抗が大きくなりやすく、回転連動機構(第1および第2ローラ46,47および捻りコイルバネ48から構成される機構)がないと、このような回転抵抗の差によりクランクピン61の回転に対してローターアセンブリ40の回転進角が遅れ、ローターアセンブリ40および連結体30の右方向移動がスムーズに行われなくなるおそれがある。しかしながら、本実施形態のエンジンにおいては、回転連動機構が設けられており、このような問題を解決している。これについて説明する。
【0029】
上述のように、クランクシャフト60が時計回りに回転してクランクピン61がこれと一緒に回転すると、クランクピン61はローターアセンブリ40に対して相対回転される。このとき、ローターアセンブリ40に回転自在に取り付けられるとともにクランクピン61の外周に当接して設けられた第1ローラ46がクランクピン61により反時計回りに回転駆動される。第1ローラ46の外周面は第2ローラ47の外周面に当接しているため、第1ローラ46が反時計回りに回転されると第2ローラ47は時計回りに回転駆動される。ここで、第2ローラ47は連結体30の内周面31aに当接してその回転駆動を止められるため、これら第1および第2ローラ46,47を回転自在に支持するローターアセンブリ40が反時計回りに駆動される。
【0030】
このように、クランクシャフト60が時計回りに回転されると、この回転駆動力が回転連動機構によりローターアセンブリ40を反時計回りに回転するように伝達されるので、上述したようなクランクピン61の回転に対してローターアセンブリ40の回転進角が遅れるという問題が生じることがなくなる。この結果、クランクシャフト60の回転が連結体30(すなわち、ピストンアセンブリ3)を往復動させる運動にスムーズに変換される。
【0031】
この状態からクランクシャフト60が時計回りにさらに15°回転した状態(図9の状態から45°回転した状態)を、図11(A)および(B)に示している。このクランクシャフト60の回転により第1〜第3中心軸C1〜C3は図示の位置に移動し、ローターアセンブリ40は内周面31a内を反時計回りに45°回転し、連結体30とともにさらに右方向に移動する。なお、この状態においてクランクピン61の側部に形成された外歯ギヤ62は連結体30の内歯ギヤ32aと噛合し始める。なお、このときにも、クランクシャフト60の回転駆動力が回転連動機構によりローターアセンブリ40を反時計回りに回転するように伝達され、クランクシャフト60の回転がピストンアセンブリ3を往復動させる運動にスムーズに変換される。
【0032】
この状態からクランクシャフト60が時計回りにさらに45°回転した状態(図9の状態から90°回転した状態)を、図12(A)および(B)に示している。このクランクシャフト60の回転により第1〜第3中心軸C1〜C3は図示の位置に移動し、第1中心軸C1と第3中心軸C3とが重なる。この状態においては外歯ギヤ62が内歯ギヤ32aと噛合しており、これにより、ローターアセンブリ40がクランクシャフト61と一緒になって第1および第3中心軸C1,C3を中心として内周面31a内で回転(空転)し、連結体30が軸方向に移動しなくなるような事態の発生を防止している。
【0033】
このように、互いに噛合する外歯ギヤ62および内歯ギヤ32aは、エンジン始動時等にローターアセンブリ40とクランクシャフト61とが図12の位置関係のままで一体となって連結体30の内周面31a内を空転するのを防止する役割を果たす。但し、一端エンジンを回転してある程度回転数が上昇すると、ローターアセンブリ40の慣性力によりこのような空転現象が生じることがない。このため、外歯ギヤ62および内歯ギヤ32aは大きな噛み合いバックラッシュを有しており、通常運転時には両ギヤが非接触となるようにしてギヤ歯打ち音の発生を抑えるようにしている。なお、上記のようにクランクシャフト60の回転に応じて外歯ギヤ62および内歯ギヤ32aが噛合するようにするため、内歯ギヤ32aのピッチ円径は外歯ギヤ62のピッチ円径の二倍に設定されている。
【0034】
なお、このエンジンにおいては、ローターアセンブリ40内に第1および第2ローラ46,47を配設しており、クランクシャフト60に応じてクランクピン61が回転するとこれら第1および第2ロータ46,47が上記の空転現象を防止するように作用するため、外歯ギヤ62および内歯ギヤ32aは必ずしも設ける必要がない。特に、比較的小さな負荷で定常運転されるようなエンジン、例えば、発電機駆動用エンジンのような場合には上記のような空転現象が問題となることが少なく、外歯ギヤ62および内歯ギヤ32aを省略可能であり、この部分の構成を簡略化するとともに強化することができる。
【0035】
この状態からクランクシャフト60が時計回りにさらに30°回転した状態(図9の状態から120°回転した状態)を、図13(A)および(B)に示している。このクランクシャフト60の回転により第1〜第3中心軸C1〜C3は図示の位置に移動し、第3中心軸C3は第1中心軸C1より右側に移動する。この状態においてはまだ外歯ギヤ62が内歯ギヤ32aと噛合しているが、この後、離れ始める。
【0036】
この状態からクランクシャフト60が時計回りにさらに60°回転した状態(図9の状態から180°回転した状態)を、図14(A)および(B)に示している。このとき、ピストンアセンブリ3はシリンダボア10a,20a内において最も右側に位置した状態となり、第1〜第3中心軸C1〜C3は横に一直線に並ぶ。このとき、右側のピストン50は上死点に位置して右側シリンダ室15は最も体積が小さい状態(最も圧縮された状態)となり、左側のピストン50は下死点に位置して左側シリンダ室25は最も体積が大きい状態(最も膨張した状態)となる。
【0037】
以上、クランクシャフト60の180°の回転とこれに伴うピストンアセンブリ3の左端から右端までの移動を説明したが、これからさらにクランクシャフト60が時計回りに180°回転するとピストンアセンブリ3は右端から左端に移動してその往復動が完了し、図9の状態に戻る。このことから分かるように、クランクシャフト60の2回転によりピストンアセンブリ3を2往復させ、クランクシャフト60の回転に合わせて点火プラグ13,23の点火制御と、給排気バルブ14a,14b,24a,24bの開閉制御を行うことにより、各シリンダ室15,25内で吸気、圧縮、爆発、排気の4行程を行わせ、4サイクルピストンエンジンとして作動させることができる。
【0038】
次に、本発明に係るダブルアクティングピストンエンジンの第2の実施形態について説明する。このエンジンは、上記した第1の実施形態に係るエンジンとは回転連動機構の構成部分のみが相違するため、相違部分のみについて図15〜図19を参照して説明する。なお、図15〜図19に示す部材において、上記第1の実施形態と同一構成部分については同一番号を付して説明するとともに、上記と重複する説明は省略する。
【0039】
まず、このエンジンを構成する連結体30′は、図15〜図17に示すように構成されるが、リム部31に形成された円筒状開口の内周面31aの端部に内歯同期ギヤ31bが形成されている点のみが上記した第1の実施形態に係る連結体30と相違する。ローターアセンブリ40′は図18に示すように構成されるが、第1および第2ローラ46′および47′の構成のみが上記した第1実施形態に係る第1および第2ローラ46,47と相違する。具体的には、第1および第2ローラ46′および47′は、図19に示すように、円筒状のローラ外周面46b,47bを有するとともに、その端部に外歯同期ギヤ46c,47cが形成されている。また、クランクシャフト60′は、クランクピン61の端部外周に外歯同期ギヤ61aが形成されている構成のみが上記した第1実施形態に係るクランクシャフト60と相違する。
【0040】
上記のような構成の連結体30′、ローターアセンブリ40′およびクランクシャフト60′を有して構成されるエンジンにおいては、第1および第2ローラ46′および47′は円筒状ローラ外周面46b,47bがそれぞれクランクピン61の外周面および連結体30′の内周面31aと当接し、第1の実施形態と同様に連動回転機構を構成する。但し、この実施形態においては、第1および第2ローラ46′および47′の外歯同期ギヤ46c,47cがそれぞれ連結体30′の内歯同期ギヤ31bおよびクランクピン61の外歯同期ギヤ61aと噛合し、これら第1および第2ローラ46′および47′のすべり回転を規制している。このような構成の回転連動機構によれば、クランクシャフト60′およびクランクピン61の回転に連動してローターアセンブリ40′をより確実に(すなわち、第1および第2ローラ46′および47′がすべり回転することなく)連動回転させることができる。
【0041】
さらに、このような構成とした場合に、ロータアセンブリ40′が図12(A)および(B)に示す位置関係となったときに、第1および第2ローラ46′および47′のすべり回転を規制しているので、ローターアセンブリ40′がクランクシャフト61と一緒になって第1および第3中心軸C1,C3を中心として内周面31a内で空転するという現象を確実に防止できる。このため、外歯ギヤ62および内歯ギヤ32aは設ける必要がなく、この部分の構造を簡略化できるとともに強化できる。
【0042】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、連動回転機構によりクランクピンが第1中心軸C1を中心として回転するときにクランクピンの回転と連動してローターを回転させるため、連結体の円筒状開口内でのローターの回転抵抗の方がローターの偏心孔内でのクランクピンの回転抵抗より大きくても、両回転角に進角の相違が発生することが連動回転機構により抑えられる。このため、エンジン低回転運転時や、始動時でもこのような進角の相違が生じることがなく、ピストンの往復運動を滑らかに且つ効率よくクランクシャフトの回転運動に変換することができ、エンジンを低回転で運転するときにも回転が不安定となることがなく、エンジンの始動性も向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るダブルアクティングピストンエンジンをピストン軸方向に断面して示す断面図である。
【図2】本発明に係るダブルアクティングピストンエンジンをクランクシャフト軸方向に断面して示す断面図である。
【図3】上記エンジンを構成するピストンの部分断面側面図および部分断面背面図である。
【図4】上記エンジンのピストンアセンブリを構成する連結体の部分断面正面図である。
【図5】上記エンジンのピストンアセンブリを構成する連結体の部分断面側面図である。
【図6】上記エンジンのピストンアセンブリを構成する連結体の部分断面平面図である。
【図7】上記エンジンのピストンアセンブリを構成するローターアセンブリの部分断面正面図および側面図である。
【図8】上記エンジンを構成するクランクシャフトの正面図、側面図および断面図である。
【図9】上記エンジンの作動を説明する部分断面図である。
【図10】上記エンジンの作動を説明する部分断面図である。
【図11】上記エンジンの作動を説明する部分断面図である。
【図12】上記エンジンの作動を説明する部分断面図である。
【図13】上記エンジンの作動を説明する部分断面図である。
【図14】上記エンジンの作動を説明する部分断面図である。
【図15】本発明の第2実施形態に係る連結体の部分断面正面図である。
【図16】本発明の第2実施形態に係る連結体の部分断面側面図である。
【図17】本発明の第2実施形態に係る連結体の部分断面平面図である。
【図18】本発明の第2実施形態に係るローターアセンブリの部分断面正面図および側面図である。
【図19】上記第2実施形態に係るローターアセンブリを構成する第1および第2ローラの側面図である。
【図20】本発明の第2実施形態に係るクランクシャフトの正面図、側面図および断面図である。
【符号の説明】
1,2 シリンダ
10,20 シリンダボディ
12,22 シリンダヘッド
15,25 シリンダ室
3 ピストンアセンブリ
30 連結体
40 ローターアセンブリ
46 第1ローラ
47 第2ローラ
48 捻りコイルバネ
50 ピストン
60 クランクシャフト
61 クランクピン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a double-acting piston engine having a pair of cylinders facing each other on both sides of a crankshaft, and integrally connecting left and right pistons sliding on the cylinders.
[0002]
[Prior art]
Such a double-acting piston engine is disclosed in Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 51-35645) filed by the present applicant. In this double-acting piston engine, an internal gear is formed on a connected body having pistons on the left and right, and an external gear pinion gear formed concentrically with the crankpin on the crankshaft meshes with the internal gear, thereby reciprocating the piston. The transmission is transmitted to the crankshaft via the internal gear and the external gear pinion gear to rotate the crankshaft. The present applicant has further obtained a U.S. patent for a double-acting piston engine in which the strength of the double-acting piston engine is improved and lubrication is improved (Patent Document 2: U.S. Pat. 347, 960).
[0003]
The double-acting piston engine disclosed in the U.S. Patent includes a crankshaft integrally including a crankpin eccentric by a predetermined distance e from a rotation center axis, and a crankshaft on an axis extending in a direction orthogonal to the crankshaft axis. , A cylinder having left and right cylinder chambers opposed to each other, and a piston assembly slidably disposed in the left and right cylinder chambers and connected to a crankpin. The piston assembly includes left and right pistons slidingly disposed in left and right cylinder chambers, a connecting body for connecting the left and right pistons, and a center having a center extending parallel to and eccentric to the crankshaft axis. A rotor rotatably slidably disposed in a cylindrical opening formed in the body. The rotor is formed with an eccentric hole eccentric by a predetermined distance e from the center axis thereof. A crankpin is rotatably connected to the eccentric hole, and a piston assembly is connected to the crankpin.
[0004]
In the double-acting piston engine having such a configuration, when the left and right pistons of the piston assembly reciprocate in the left and right cylinder chambers, the coupling body reciprocates together with the left and right pistons. It is transmitted to the shaft to rotate the crankshaft. That is, the rotor rotates in the cylindrical opening of the connecting body, and the crank pin relatively rotates in the eccentric hole of the rotor, so that the reciprocating motion of the connecting body is converted into the rotational movement of the crankshaft. As can be seen from this, in order to smoothly and efficiently convert the reciprocating motion of the piston assembly to the rotational motion of the crankshaft, the rotation of the rotor in the cylindrical opening of the coupling and the crank in the eccentric hole of the rotor are required. It is necessary that the rotation of the pin be performed smoothly without any resistance.
[0005]
[Patent Document 1] Japanese Patent Publication No. 51-35645
[Patent Document 2] US Patent No. 5,347,960
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, since the diameter of the cylindrical opening is larger than the diameter of the eccentric hole, the rotational resistance of the rotor in the cylindrical opening of the coupling body is likely to be larger than the rotational resistance of the crankpin in the eccentric hole of the rotor. A slight advance angle difference may occur in the rotation angle, which may result in a non-smooth conversion between the reciprocating motion and the rotational motion. In the state where the engine is running normally, such phenomena are rarely canceled out by the inertial force of each member, but when the engine is running at low speed or when starting up When such a phenomenon occurs, there is a problem that rotation may become unstable or startability may be reduced.
[0007]
The present invention has been made in view of such a problem and can efficiently convert a reciprocating motion of a piston into a rotational motion of a crankshaft, thereby enabling stable operation even at a low rotation speed and improving engine startability. It is an object to provide such a double-acting piston engine.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve such an object, a double-acting piston engine according to the present invention is rotatably supported about a first central axis C1, and extends eccentrically and parallel to the first central axis C1 by a predetermined distance e. A crankshaft integrally having a crankpin having two central axes C2, a cylinder having left and right cylinder chambers opposed to each other with the crankshaft interposed therebetween on an axis perpendicular to the first central axis C1; And a piston assembly slidably disposed in the right cylinder chamber and connected to the crankpin. Then, the piston assembly includes a left and right piston slidably disposed in the left and right cylinder chambers respectively, a connecting body for connecting the left and right pistons, and a third extending parallel to the first central axis C1 on the connecting body. And a rotor rotatably slidably disposed in a cylindrical opening formed with a central axis C3. An eccentric hole eccentric by the same distance as the distance e is formed, and the crankpin is rotatably connected to the eccentric hole, and the piston assembly is connected to the crankpin. Further, there is provided an interlocking rotation mechanism that is provided to be supported by the rotor and that rotates the rotor in conjunction with the rotation of the crankpin when the crankpin rotates about the first center axis C1.
[0009]
The interlocking rotation mechanism includes a first roller rotatably supported by the rotor and abutting against the outer peripheral surface of the crank pin, and a first roller rotatably supported by the rotor and having an outer peripheral surface of the first roller and a cylindrical opening. It is preferable that the second roller and the second roller be in contact with the inner peripheral surface. Further, it is preferable that two second rollers are provided so as to sandwich the first roller, and that urging means for urging these two second rollers in the direction sandwiching the first roller is provided.
[0010]
In the double-acting piston engine according to the present invention having such a configuration, the rotor rotates in conjunction with the rotation of the crankpin when the crankpin rotates around the first central axis C1 by the interlocking rotation mechanism. Even if the rotational resistance of the rotor in the cylindrical opening of the connecting body is larger than the rotational resistance of the crankpin in the eccentric hole of the rotor, the difference in the advance angle occurs in both rotation angles by the interlocking rotation mechanism. Can be suppressed. For this reason, such a difference in the advance angle does not occur even at the time of low-speed operation of the engine or at the time of starting, and the reciprocating motion of the piston can be smoothly and efficiently converted into the rotational motion of the crankshaft. Even when the engine is driven at a low speed, the rotation does not become unstable, and the startability of the engine is improved.
[0011]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show a double-acting piston engine according to an embodiment of the present invention. This engine is configured such that a pair of left and
[0012]
The
[0013]
The
[0014]
The pair of left and
[0015]
As shown in FIGS. 4 to 6, the connecting
[0016]
The connecting
[0017]
As shown in FIG. 7, the
[0018]
In the
[0019]
Further, a
[0020]
The cylindrical outer
[0021]
When the
[0022]
By biasing the
[0023]
FIG. 8 shows the
[0024]
As shown in FIGS. 1 and 2, drive gears 63 and 64 are attached to an end of the
[0025]
The operation of the double-acting piston engine configured as described above will be described with reference to FIGS. Here, the description will be made on the assumption that the
[0026]
First, FIGS. 9A and 9B show a state in which the
[0027]
When the
[0028]
At this time, the rotation resistance to the relative rotation of the
[0029]
As described above, when the
[0030]
As described above, when the
[0031]
FIGS. 11A and 11B show a state in which the
[0032]
FIGS. 12A and 12B show a state where the
[0033]
In this way, the
[0034]
In this engine, first and
[0035]
FIGS. 13A and 13B show a state in which the
[0036]
FIGS. 14A and 14B show a state in which the
[0037]
As described above, the rotation of the
[0038]
Next, a second embodiment of the double-acting piston engine according to the present invention will be described. This engine differs from the engine according to the first embodiment only in the configuration of the rotation interlocking mechanism, and only the different parts will be described with reference to FIGS. In the members shown in FIGS. 15 to 19, the same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
[0039]
First, a connecting
[0040]
In an engine having the connecting body 30 ', the rotor assembly 40', and the crankshaft 60 'having the above-described structure, the first and second rollers 46' and 47 'are formed by cylindrical roller outer
[0041]
Further, in such a configuration, when the
[0042]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when the crank pin rotates around the first central axis C1 by the interlocking rotation mechanism, the rotor rotates in conjunction with the rotation of the crank pin. Even if the rotational resistance of the rotor in the opening is greater than the rotational resistance of the crankpin in the eccentric hole of the rotor, the occurrence of the advance angle difference between the two rotation angles can be suppressed by the interlocking rotation mechanism. For this reason, such a difference in the advance angle does not occur even at the time of low-speed operation of the engine or at the time of starting, and the reciprocating motion of the piston can be smoothly and efficiently converted into the rotational motion of the crankshaft. Even when the engine is driven at a low speed, the rotation does not become unstable, and the startability of the engine is improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a double-acting piston engine according to the present invention in a cross section in a piston axial direction.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a double-acting piston engine according to the present invention in a cross-section in an axial direction of a crankshaft.
FIG. 3 is a partial sectional side view and a partial sectional back view of a piston constituting the engine.
FIG. 4 is a partial cross-sectional front view of a connecting body constituting the piston assembly of the engine.
FIG. 5 is a partial cross-sectional side view of a connection body that constitutes the piston assembly of the engine.
FIG. 6 is a partial cross-sectional plan view of a connecting body that constitutes the piston assembly of the engine.
FIG. 7 is a partial sectional front view and a side view of a rotor assembly that constitutes the piston assembly of the engine.
FIG. 8 is a front view, a side view, and a sectional view of a crankshaft constituting the engine.
FIG. 9 is a partial sectional view illustrating the operation of the engine.
FIG. 10 is a partial sectional view illustrating the operation of the engine.
FIG. 11 is a partial sectional view illustrating the operation of the engine.
FIG. 12 is a partial sectional view illustrating the operation of the engine.
FIG. 13 is a partial sectional view illustrating the operation of the engine.
FIG. 14 is a partial sectional view illustrating the operation of the engine.
FIG. 15 is a partial cross-sectional front view of a connector according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 16 is a partial cross-sectional side view of a connector according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 17 is a partial cross-sectional plan view of a connector according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 18 is a partial sectional front view and a side view of a rotor assembly according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 19 is a side view of first and second rollers constituting the rotor assembly according to the second embodiment.
FIG. 20 is a front view, a side view, and a cross-sectional view of a crankshaft according to a second embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1,2 cylinder
10,20 cylinder body
12,22 cylinder head
15, 25 Cylinder chamber
3 Piston assembly
30 linked body
40 rotor assembly
46 1st roller
47 2nd roller
48 torsion coil spring
50 piston
60 crankshaft
61 crank pin
Claims (3)
前記第1中心軸C1に直角な軸線上に前記クランクシャフトを挟んで対向配設された左右シリンダ室を有するシリンダと、
前記左および右シリンダ室内に摺合配設されるとともに前記クランクピンに連結されたピストンアセンブリとを有してなり、
前記ピストンアセンブリが、
前記左および右シリンダ室内にそれぞれ摺合配設される左および右ピストンと、
前記左および右ピストンを結合させる連結体と、
前記連結体に前記第1中心軸C1と平行に延びる第3中心軸C3を有して形成された円筒状開口内に回転自在に摺合配設されたローターとからなり、
前記ローターには、前記連結体に対する回転中心となる前記第3中心軸C3から、前記所定距離eと同一の距離だけ偏心した偏心孔が形成されており、前記偏心孔に前記クランクピンを回転自在に結合させて前記ピストンアセンブリが前記クランクピンと連結されており、
前記ローターに支持されて設けられ、前記クランクピンが前記第1中心軸C1を中心として回転するときに前記クランクピンの回転と連動して前記ローターを回転させる連動回転機構を有することを特徴とするダブルアクティングピストンエンジン。A crankshaft integrally supported with a crankpin having a second central axis C2 rotatably supported about the first central axis C1 and extending eccentrically and parallel to the first central axis C1 by a predetermined distance e;
A cylinder having left and right cylinder chambers disposed on an axis perpendicular to the first central axis C1 with the crankshaft interposed therebetween;
A piston assembly that is slidably disposed in the left and right cylinder chambers and that is connected to the crankpin;
The piston assembly comprises:
Left and right pistons slidingly disposed in the left and right cylinder chambers, respectively;
A coupling body for coupling the left and right pistons,
A rotor rotatably slidably disposed in a cylindrical opening formed in the coupling body with a third central axis C3 extending in parallel with the first central axis C1,
The rotor is formed with an eccentric hole eccentric from the third center axis C3, which is a center of rotation with respect to the connector, by the same distance as the predetermined distance e, and the crank pin can be freely rotated in the eccentric hole. The piston assembly is connected to the crankpin,
An interlocking rotation mechanism is provided to be supported by the rotor and rotates the rotor in conjunction with the rotation of the crankpin when the crankpin rotates around the first central axis C1. Double-acting piston engine.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Country | Link |
|---|---|
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006200476A (en) * | 2005-01-21 | 2006-08-03 | Joji Tokumi | Multihybrid engine |
| RU2406838C2 (en) * | 2009-02-25 | 2010-12-20 | Александр Афанасьевич Неклюдов | Piston conrod-free internal combustion engine (versions) |
| RU2701036C1 (en) * | 2019-02-27 | 2019-09-24 | Михаил Михайлович Лесковский | Piston two-stroke engine |
-
2002
- 2002-11-12 JP JP2002328804A patent/JP2004162590A/en active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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