JPH06337013A - エキセントリック化したクランク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目 的】膨張行程に於てすべて正トルクが発生する
クランクにする目的。 【構 成】クランク１にすべて正トルクを発生させる
ための方法としてクランクピンに割りブッシュ４を使用
したコロ軸受３又は半割りコロ軸受を使用し、クランク
ピンの外径の拡大化を計ると必然的にエキセントリック
化されることになりすべて正トルクが発生するクランク
になるのである。このエキセントリック化したクランク
で構成された内燃機関。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】ピストン式内燃機関に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来内燃機関の回転トルクを得る機素は
主としてクランクが使用されている。このクランクが画
く円軌道によって発生する回転トルクについての詳細な
文献は見出せないので先ず回転トルクについて検討す
る。図１、図２に示すように右上半弦に於ていクランク
が右廻りすると假定すると上死点Ａ点では円軌道Ｒが抵
抗になりトルクは零である。次にθ角３０°のＢ点の圧
力線Ｐは円軌道を支点としてすべて円軌道より外方に働
き抵抗の多くは合成力となって回転トルクに参加され
る。従って接線Ｃ点に至る間に生ずるトルクはＣ点に至
る程増大して圧力線Ｐと円軌道の接線Ｃで最大となり負
のトルクは発生しない。一方上半弦のＢ点と同垂線下に
ある下半弦のＥ点に掛る圧力線は内接する円軌道が抵抗
となって円軌道内では発散できない形で阻止され、下死
点Ｆの阻止力が１００％とするとＥ点の阻止力は９０％
ぐらい働くことになる。この阻止力は逆にＤ点に至る程
弱くなるがすべて回転トルクに対しＯ−Ｅ間に引張り力
をともなった制動力が働く。次に円軌道を画いて回転し
ているクランクの速度条件を考慮すると上死点からＤ点
に至るまでの円軌道は加速側であり、Ｄ点から下死点Ｆ
に至るまでの円軌道は減速側である。従って加速側の回
転トルクの発生は燃焼爆発による衝撃力を受ける場合の
回転トルク線図であるに対し、減速側は作図ではトルク
が発生していることになっているがこの回転トルクは下
死点に至るまで減速しながら回転しているのであるから
余り有効な回転トルクにはならない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】クランクが画く円軌道
の回転トルクを阻害する下半弦の問題を解決するのが本
発明の課題である。ところが下半弦の問題と云っても下
半弦の問題を解決するに至った経緯はトルクの解明をし
ている最中にトルクの発生につながる支点はクランクピ
ンの中心点ではなくピストン側つまり上半弦側であり、
クランクピンの外周に移動するトルクの発生上重要な支
点があることを発見し、ここでこのピストンピンの外周
の移動する支点を重点にして作図しているとクランクの
出力軸の中心とクランクピンの外周との間隔を拡げるつ
まりクランクをエキセントリック化しなければならない
ことがわかり続いてエキセントリック化することにより
クランクピンの拡大化、拡大による摩擦の問題、拡大を
防ぐ問題、組立ての問題等多くの問題が課題となり、こ
れ等の多くの課題を乗り越えてようやく本発明に至った
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】クランクにすべて正トル
クを発生させるための方法としてクランクピンに割りブ
ッシュを使用したコロ軸受又は半割りコロ軸受を使用
し、クランクピンの外径の拡大化を計ると必然的にエキ
セントリック化されることになりすべて正トルクが発生
するクランクになるのである。

【０００５】

【作 用】従来の技術に於いて説明しているクランク
のトルクの発生はクランクの基礎原理であって実際にク
ランクピンに掛る力は図３に示すようにピストン側のク
ランクピンＳの外周にクランクピンの中心より先行して
掛るのでトルクが発生するためのクランクピンの外径を
考慮に入れなくてはならない。ここでエキセントリック
機素及びクランク機素の相違について検討してみる。エ
キセントリックは図５のように偏心輪内に出力軸の中心
（Ｘ−Ｘ’線）があり、従来のクランクの場合はクラン
クピンの外周Ｓの外側に出力軸の中心が存在しているの
である。図３は現在多く使用されているクランクピンよ
り出力軸Ｋが大きい場合のトルク線図であってＸ−Ｘ’
線より下半弦は正トルクの発生し難く軌道内のＯ−Ｗ間
には発散できないトルクが働いていることがわかる。そ
こでこのエキセントリックとクランクとの限界線Ｘ−
Ｘ’線上に出力軸を設定すると図６に示すようにトルク
の上半弦で働くすべて理想の正トルクとなることがわか
るのである。従ってトルクの発生の向上策としてクラン
クピンを大きくすればエキセントリック化されてトルク
の発生に有利な条件を与えることになるので、クランク
ピンに空間を持つコロ軸受を設ければ図４、図５に示す
ようにコロ全体の外径が大きくなって必然的にエキセン
トリック化され、摩擦抵抗の少ないクランクピン部分の
重量も余り重くならないトルクの発生上都合のよい構造
となる。しかし曲り軸になっている自動車用４気筒内燃
機関のクランクにコロ軸受を直接使用することはできな
いので先ず図４に示すようにクランク１を貫通できるよ
うな２のロッド付コロ軸受３をクランクピンに挿入した
後、割ブッシュ４を圧入する。又は図７のような半割り
コロ軸受６を挿入することによって組立を可能にしたも
のである。５は割りブッシュの止めねじである。図４の
ような割りブッシュを使用すると図５のようにクランク
ピンの座高が高くなって下死点前のＪ点に於ても有効ト
ルクが発生するのである。図５、図６中Ｋはクランクの
出力軸を示す。Ｇはコロ軸受のコロ全体の有効径を示
し、移動するピストンピンの中心点Ｈ群と共にトルク発
生の移動する要点である。ｅは偏心量を示す。図７は半
割りコロ軸受を使用した場合であって理想のクランクと
エキセントリックの限界にした実用図である。

【０００６】

【発明の効果】例えばロッドを腕とすると作図によって
従来見ることのできなかったトルクの発生上重要なてこ
の桿の長さＧ−Ｏ間の長さがわかり、続いてこの桿の長
さは下死点に至る程短くなって零になる状態がわかるの
でエキセントリック化した方が桿の長さが長くなり出力
軸の中心０点に強いてこ力が働いて強トルクが得られる
のである。図５は特に長桿群を持ち強トルクが発生する
構造になっているのである。このようにしてトルクが増
大するのであればクランク部分が大きくなったのではな
くピストン、シリンダー等他の部分が小さくなったこと
になるのである。このようなクランクをエキセントリッ
ク化するために従来のクランクに割りブッシュ又は半割
りコロ軸受を使用して組付けられたコロ軸により必然的
に点接触で摩擦の少ないコロ軸を持つエキセントリック
化されたクランクとなり円滑に回転する正回転トルクだ
けの効率の高い内燃機関が得られるのである。更に割り
ブッシュ又は半割りコロ軸受によるクランク及びロッド
の組立方法は生産工数の多くかかる面接触で摩擦の多い
半割りメタルを用いる必要がなくなるのでクランク及び
ロッドの組立を大きく省力化するものである。又半割り
コロ軸受を使用すると圧入ではないので更に生産工数は
削減されることになる。この半割りコロ軸受を使用すれ
ばボルト、ナットを必要としないのでクランクケースは
従来通りの大きさにすることが可能となる。又エキセン
トリック化された大型で空間の多いコロ軸は耐久力も強
くピストン及びクランクの回転を円滑にすると共に燃焼
爆発による衝撃をよく収集してくれるので振動は少なく
なり円滑な走行が期待できる自動車機関となる。又本発
明の特徴であるトルクの発生に対し長い桿を持つクラン
クにより低速高トルクが得られるので同様に円滑走行を
計った機関となるのである。その他組立て式クランクの
場合は割りブッシュや半割りコロ軸受は必要ないがトル
クの発生の向上のためにエキセントリック化は必要であ
る。次に圧縮行程はいずれにしてもすべて負荷であるか
ら内燃機関の性能には余り影響はなく、膨張行程の慣性
トルクは廻り込んで圧縮行程にまで深く及ぶので有利な
条件を与えることになるのである。

【図面の簡単な説明】

【図 １】

【図２】従来のクランクの基礎トルク線図であって回転
移動するクランクピンの各中心点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｅ，Ｆ順
の作図である。図中各扇形の面積の大きさがトルクの発
生率を現す。

【図 ３】従来のクランクピンの外径を含むトルク線図
である。図中Ｋは出力軸、Ｓはクランクピン、ｅは偏心
量である。

【図 ４】本発明の割ブッシュを用いたコロ軸受を持つ
エキセントリック化されたクランクである。

【図 ５】本発明図４のトルク線図である。

【図 ６】本発明の理想的なエキセントリック化したク
ランクのトルク線図を示す。

【図 ７】本発明図６の実施用図面である。各図の回転
方向は右廻りである。

【符号の説明】

図４に於て １．クランク ４．割りブッシュ ２．ロッド ５．割りブッシュ用止め
ねじ ３．コロ軸受 図７に於て １．クランク ６．半割りコロ軸受 ２．ロッド

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項 １】ピストン機関の膨張行程に於いて出力軸
   の回転方向に対しほとんど制動をともなわないすべて円
   軌道より外方に働く正トルクが円滑に発生するための構
   成として、クランクのトルクの発生点である出力軸の中
   心点とクランクピンの外周との距離を拡げると共にクラ
   ンクピンの直径を大きくしてエキセントリック化し、続
   いてクランクピンを拡大化することによって生ずる軸受
   の摩擦の増大及び重量の増大を防ぐ方法としてクランク
   とロッドとの組立てを（４）の割りブッシュを用いたコ
   ロ軸受又は（６）の半割りコロ軸受を使用して曲り軸の
   多いクランクとコロ軸受を持つロッドとの組立てを可能
   とし、コロ軸受によってエキセントリック化されること
   を特徴としたクランクを持つ内燃機関。