JPH065033B2

JPH065033B2 - エンジン

Info

Publication number: JPH065033B2
Application number: JP10269387A
Authority: JP
Inventors: 良信村山; 信嵯峨田
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1987-04-24
Filing date: 1987-04-24
Publication date: 1994-01-19
Anticipated expiration: 2009-01-19
Also published as: JPS63268931A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はシリンダケース回転型のレシプロエンジンの構
造に関する。

〔従来の技術〕

一般的な４サイクルのレシプロエンジンは、ピストンの
往復運動をコンロッド及びクランクシャフトにより回転
運動に変換して動力を取り出す形式であるが、前記コン
ロッド及びクランクシャフトを省略してピストンの往復
運動を直接にシリンダケースの回転運動に変換するよう
にして、全体の小型化及び軽量化を図ったエンジンが考
えられており、前記エンジンの一例が特公昭47−37930
号公報に開示されている。

開示されている構成は、回転自在な１つのシリンダ内に
シリンダの回転中心を挟んで２組のピストンを対向配置
した構造であり、シリンダの回転に伴い両ピストンが互
いに近づき合う行程が圧縮及び排気行程で、両ピストン
が互いに遠ざかる行程が吸気及び爆発行程である。そし
て、ピストンの進退を案内するカム板の内周面が長円形
に構成されており、爆発行程時における半径方向の爆発
力がカム板の案内作用により半径方向と内周方向に分け
られ、この円周方向の成分がシリンダを回転させるもの
である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前述の構成であると、シリンダの１回転につき１回の爆
発が行われる構成である為、エンジン出力の大幅な向上
が望めないものであると共に、シリンダを回転させる前
記円周方向の力の成分がピストンをシリンダに対して倒
すように作用することになる為に、ピストン外周面とシ
リンダ内周との間にコジレ現象が生じてピストンが円滑
に往復動できなくなってしまうおそれがあった。

ここで本発明は前述の問題に着目して、ピストンの円滑
な往復動と共に、前記エンジンの出力方向を図ることを
目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の特徴は先に述べたようなエンジンを次のように
構成することにある。つまり、本体ケースにシリンダケ
ースを回転自在に支持し、独立した複数のシリンダをシ
リンダケース回転軸芯に対して放射状に前記シリンダケ
ースに設け、各シリンダ内のピストンを球状に構成する
と共に、シリンダケースの回転に伴い前記各シリンダご
とに設けた吸排気口を、本体ケース側の摺接面に所定回
転位相を隔てて形成された排気口、吸気口、燃料噴射口
又は着火口に順次、連通循環させ、且つ、本体ケース側
に設けたカム板の内周面に前記ピストンを接当させてピ
ストンを進退案内するように構成してあることにあり、
その作用及び効果は次のとおりである。

〔作用〕

２組の独立したシリンダを備えた形式を一例として説明
する。第７図(イ)に示す状態において第１ピストン(4a)
側は排気が終了した直後であり、第２ピストン(4b)側は
圧縮が終了した直後であるとして、この状態から第７図
(ロ)に示す状態にシリンダケース(2)が回転すると、第１
ピストン(4a)側へは前記吸気口から燃焼用の空気（又は
混合気）が吸入されると共に、第２ピストン(4b)側へは
燃料噴射口から燃料が高温高圧空気内に噴射されて着火
（又は着火口からの電気着火により混合気が着火）さ
れ、爆発行程に入る。この場合に、ピストン(4a),(4b)
が球状である為に、爆発行程時における爆発力の円周方
向成分がピストン(4a),(4b)に作用したとしても、ピス
トン(4a),(4b)がシリンダ内で回転するだけであり、円
筒状のピストンの場合のようなコジレ現象は生じない。

そして、前記状態から第７図(ハ)に示す状態にシリンダ
ケース(2)が回転すると、第１ピストン(4a)側は圧縮行
程に移行すると共に、第２ピストン(4b)側は排気行程に
移行し前記排気口から燃焼ガスが排気されて行く。さら
に、第７図(ニ)に示す状態にシリンダケース(2)が回転す
ると、第１ピストン(4a)側が先に述べたような爆発行程
に入り、第２ピストン(4b)側が吸気行程に入る。

そして、第７図(ニ)に示す状態から第７図(ホ)に示す状態
にシリンダケース(2)が回転すると、第１ピストン(4a)
側が先に述べたような排気行程に入ると共に、第２ピス
トン(4b)側が圧縮行程に入り、第７図(イ)に示す状態に
戻る。このように、シリンダケースの１回転につき２回
の爆発が行われることになるのであり、３組のシリンダ
を備えた構成とすればシリンダケースの１回転につき３
回の爆発が行われることになるのである。

〔発明の効果〕

以上のように、シリンダケースの１回転につき２回以上
の爆発が行われるように、且つ、ピストンがコジレ現象
なく円滑に往復動できるように構成でき、エンジンの高
回転高出力化を図ることができた。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明す
る。

第１図及び第２図に示すように、エンジンの本体ケース
(1)は前ケース(1a)、中間ケース(1b)、後ケース(1c)の
３分割構造であり、本体ケース(1)の軸芯(P₁)周りにシ
リンダケース(2)が回転自在に支持されている。このシ
リンダケース(2)には前記軸芯(P₁)を挟んで２組の第１
シリンダ(3a)及び第２シリンダ(3b)が対向して配置され
ると共に、両第１，第２シリンダ(3a),(3b)内に球状の
第１，第２ピストン(4a),(4b)が全方向に回動自在に内
嵌されている。

これに対し、前記前ケース(1a)と中間ケース(1b)との間
にはカム板(5)が共締め固定されており、このカム板(5)
の中央に形成された長円形内周面に前記両ピストン(4
a),(4b)が第６図に示すように内接するように構成さ
れ、シリンダケース(2)の１回転に対して前記両ピスト
ン(4a),(4b)が２回往復運動するようになっている。

前記シリンダケース(2)の端面と中間ケース(1b)の端面
とが摺接するように構成されると共に、両シリンダ(3
a),(3b)の各々に吸排気口(6a),(6b)が設けられている。
これに対し、第1,2,5図に示すように中間ケース(1b)側
には排気行程に対応する部分に円弧状の排気溝(10)が設
けられ、この排気溝(10)から排気口(7)が連設されると
共に、吸気行程に対応する部分には両ピストン(4a),(4
b)底部側と本体ケース(1)内面とで形成される空間に連
通する円弧状の吸気溝(11)が設けられ、この吸気溝(11)
に連通する吸気口(8)が設けられている。そして、前記
吸気口(8)には逆止弁式でバックアッププレート(12a)を
備えた吸気弁(12)が設けられると共に、前記排気口(7)
及び吸気口(8)と約180°位相の異なる位置に燃料噴出口
(9)が設けられている。

以上のような構成により、シリンダケース(2)の回転に
伴う両ピストン(4a),(4b)の往復運動によって、前記本
体ケース(1)内の空間には容積変化が生ずる。つまり、
前記吸気弁(12)により往復動型の空気ポンプが構成され
ることになり、この見掛け上の空気ポンプを利用して一
方のシリンダに過給するような構成となっている。この
過給構成について詳述すると、第２図は第１シリンダ(3
a)側が過給吸気を終了し圧縮行程に移行する直前であ
り、第２シリンダ(3b)側が爆発行程を終了し排気行程に
移行する直前である。この状態で第１シリンダ(3a)側の
吸排気口(6a)は中間ケース(1b)の端面で塞がれ、第２シ
リンダ(3b)側の吸排気口(6b)が中間ケース(1b)側の排気
溝(10)に連通し始めている。

前記状態からシリンダケース(2)の回転に伴い両ピスト
ン(4a),(4b)がカム板(5)内周面に沿って軸芯(P₁)に近付
く方向に運動すると、本体ケース(1)内に負圧が発生
し、この負圧により前記吸気口(8)及び吸気弁(12)を通
って空気が本体ケース(1)内に流入する。そして、第１
シリンダ(3a)側の圧縮行程が終了し、第２シリンダ(3b)
側の排気行程が終了した状態が第１図に示す状態であ
る。この状態で第１シリンダ(3a)側の吸排気口(6a)が前
記燃料噴出口(9)に連通し、第２シリンダ(3b)側の吸排
気口(6b)が前記吸気溝(11)に連通し始めている。この状
態で前記燃料噴出口(9)から第１シリンダ(3a)内に霧化
燃料が噴射されて第１シリンダ(3a)が爆発行程に入り、
第２シリンダ(3b)は吸気行程に入る。

以上のような状態に両シリンダ(3a),(3b)が入ると、両
ピストン(4a),(4b)は軸芯(P₁)から遠ざかる方向に運動
して行く。従って、両ピストン(4a),(4b)により本体ケ
ース(1)内の空気が圧縮されることになり、圧縮された
本体ケース(1)内の空気は吸気溝(11)を通り吸排気口(6
b)から第２シリンダ(3b)内に過給されて行くのである。
つまり、２組のピストン(4a),(4b)によって圧縮された
空気が１つのシリンダに過給されるような構成となって
いるのである。

そして、第１シリンダ(3a)が爆発行程を終了し第２シリ
ンダ(3b)が吸気行程を終了すると、第１シリンダ(3a)は
排気行程から吸気行程に入り第２シリンダ(3b)と同様に
過給を受けると共に、第２シリンダ(3b)は圧縮行程に入
った後に燃料噴射を受け爆発行程に入るのであり、この
ようなサイクルでシリンダケース(2)が第５図において
時計廻りに連続回転して行く。以上のように、両シリン
ダ(3a),(3b)共に１回転で１回の爆発が行われ、エンジ
ン全体としてはシリンダケース(2)の１回転につき２回
の爆発が行われることになるのである。

前記シリンダケース(2)の回転力に変換された動力はシ
リンダケース(2)に固定された出力軸(13)から取出され
るか、シリンダケース(2)に連結された円筒軸(14)の出
力プーリ(15)から取出される。又、前ケース(1a)におけ
る出力軸(13)の軸受部にはテーパー状の皿バネ(46)を介
装してスラスト力を発生させ、ベアリング(16)を介しシ
リンダケース(2)を中間ケース(1b)の摺接面に圧接し
て、両シリンダ(3a),(3b)の気密性を高めている。

次に、エンジンの冷却構成について述べると、第１図及
び第６図に示すように、シリンダケース(2)及び円筒軸
(14)の中央に冷却風通路(17)が形成されると共に、シリ
ンダケース(2)側の冷却風通路(17)が２方向に分かれて
おり、さらにこの２方向に沿って複数のファン(18)とし
てのリブが設けられている。この構成によって、シリン
ダケース(2)の回転に伴い円筒軸(14)端部の開口から吸
入された冷却空気は、円筒軸(14)内の冷却風通路(17)か
らシリンダケース(2)のリブ(18)間を通って、遠心力に
よって前ケース(1a)の排風口(19)より排出されて行くの
である。そして、前記出力プーリ(15)の支持リブ(15a)
もフィン状に成形されており、この支持リブ(15a)によ
って生ずる風によりエンジンの外面を冷却するようにし
ている。

次に、エンジンの燃料噴射構造について詳述すると、第
１図に示すように中間ケース(1b)内において前記冷却風
通路(17)に対しプランジャ式のポンプケーシング(20)が
固定され、先端に前記燃料噴出口(9)が開孔されてい
る。このポンプケーシング(20)内にはシリンダケース
(2)の回転力によって直接に進退駆動されるプランジャ
(21)が内嵌してある。この、プランジャ(21)の駆動構成
は同図に示すように、円筒軸(14)の外周面にカム溝(14
a)が設けられ、プランジャ(21)後端に設けられたピン(2
2)を前記カム溝(14a)に係入させた構造である。そし
て、第４図に示すようにピン(22)の支持部(21a)におけ
る円筒軸(14)側面が円筒軸(14)外面と同曲率で構成され
て、円筒軸(14)外面に摺接しており、円筒軸(14)の回転
にかかわらずプランジャ(21)が自身の軸芯周りに回転し
ないように構成している。以上のような構成により、プ
ランジャ(21)のピン(22)が常に円筒軸(14)の回転中心に
向いた状態でプランジャ(21)がカム溝(14a)に沿って円
滑に進退駆動されるのである。

次に、前記ポンプケーシング(20)内のプランジャ室(23)
への燃料供給構造について詳述すると、第１図及び第４
図に示すように、前記ポンプケーシング(20)等が収めら
れた中間ケース(1b)の下面部分に凹部が設けられ空気吸
入口(24)が形成されると共に、この空気吸入口(24)にフ
ィルター(25)としてのスポンジ部材が嵌め込まれ、後述
するフロート室(26)により前記スポンジ部材(25)が凹部
状の空気吸入口(24)とフロート室(26)上面とで挟み込ま
れるような構造となっている。

そして、前記空気吸入口(24)から前記ポンプケーシング
(20)まで続く通路(27)が設けられると共に、ポンプケー
シング(20)にもプランジャ(21)が後退した場合に開口さ
れる複数の小孔(28)が設けられている。これに対し、燃
料はフロート室(26)の入口(29)からフロート室(26)に入
り、通路(30)を通り前記通路(27)内に入るような構成な
のであるが、フロート室(26)内にはニードル部(31a)を
備えたフロート(30)が設けてあり、浮力によるフロート
(30)の上下動でニードル部(31a)が前記入口(29)を開閉
するようになっており、多量の燃料が前記通路(27)に送
り込まれないように構成している。

以上の構成により、一方のシリンダ(3a),(3b)が吸気及
び圧縮行程を終了するまで、つまりシリンダケース(2)
が1/2回転するまでに前記プランジャ(21)が１回だけ後
退及び前進駆動される。その際のプランジャ(21)の後退
によりプランジャ室(23)に通路(27)から空気が急速に吸
入されるのであるが、この時に通路(27)に発生する負圧
によって逆止弁(47)を備えた通路(30)から燃料が霧化し
ながら空気に混入される。このようにして形成された混
合気は小孔(28)を介して更に燃料の霧化が促進されなが
らプランジャ室(23)に流入し、プランジャ(21)の前進に
よりプランジャ室(23)内の混合気は圧縮され高温高圧の
混合気となる。そして、この混合気の圧縮終了後に一方
のシリンダ(3a),(3b)の吸排気口(6a),(6b)が燃料噴射口
(9)に重複し始めて、プランジャ室(23)内の混合気がシ
リンダ(3a),(3b)内の高温圧縮空気中に噴出され、爆発
行程に入るのである。

次に、プランジャ室(23)に対する燃料供給調節の構造
（ガバナ機構）について詳述すると、第１図及び第３図
に示すように、空気用の通路(27)に対する燃料用の通路
(30)の連通開度を調節するニードル式の燃料制御弁(32)
が設けられると共に、後ケース(1c)内の軸芯(P₂)周りに
揺動自在な天秤アーム(33)が設けられ、この天秤アーム
(33)の一端が前記燃料制御弁(32)の後端に接当してい
る。これに対して、前記円筒軸(14)にはテーパー部を有
するリング部材(34)が円筒軸(14)に対し軸芯方向に摺動
自在に外嵌されると共に、このシリンダ部材(34)のテー
パー部と円筒軸(14)外面との間にボール(35)が挟み込ま
れ、前記天秤アーム(33)の他端がリング部材(34)に接当
している。

前記燃料制御弁(32)はガバナスプリング(36)により開側
に付勢されているのであるが、回転数が上がってくると
前記ボール(35)が遠心力により半径方向に移動し、前記
リング部材(34)を出力プーリ(15)側に押し出す。そし
て、天秤アーム(33)により、ガバナスプリング(36)の付
勢力に抗して燃料制御弁(32)が閉側に摺動操作されるの
である。以上のようにして、エンジンの回転数が設定回
転数に保たれるのである。そして、第１図及び第３図に
示すように後ケース(1c)内の軸芯(P₃)周りに回動自在に
操作軸(37)が支持されると共に、この操作軸(37)から延
出されたアーム(37a)と燃料制御弁(32)後端とに亘って
前記ガバナスプリング(36)が架設されている。これによ
り、外部の操作アーム(38)により前記操作軸(37)及びア
ーム(37a)を揺動操作することによってエンジンの前記
設定回転数を変更操作することができるのである。

シリンダケース(2)と前ケース(1a)との摺接部には漏れ
た燃焼ガスや燃料等を回収する構造が採用されており、
その構造について、詳述すると、第１図に示すように前
ケース(1a)内周面に摺接するシリンダケース(2)の外周
面に複数の環状溝(39)が設けられると共に、前ケース(1
a)内周面にも同様な環状溝(40)がシリンダケース(2)側
の各環状溝(39)に対向するように設けてある。そして、
外側の環状溝(40)に吸引口(41)が設けられ、この吸引口
(41)と前記通路(27)とがパイプ(42)を介して接続されて
いる。

以上のような構成により、シリンダ(3a),(3b)内から漏
れ出た燃焼ガスや、ピストン(4a),(4b)により圧縮され
る本体ケース(1)内の空気等がシリンダケース(2)と前ケ
ース(1a)の摺接部から漏れ出て両環状溝(39),(40)で形
成された空間に入ると膨張作用により燃焼ガスや空気が
減圧される。そして、次の環状溝(39),(40)で形成され
た空間に入ることによりさらに減圧されることになっ
て、シリンダケース(2)と前ケース(1a)との最終的な摺
接部から漏れ出ることができないような圧力にまで前記
燃焼ガスや空気が減圧されることになるのである。そし
て、最後の環状溝(39),(40)で形成された空間に入った
燃焼ガスや空気は、プランジャ(21)の後退時に生ずる負
圧により吸引口(41)、パイプ(42)、通路(27)を通ってプ
ランジャ室(23)内に吸引され、第１，第２シリンダ(3
a),(3b)内に再び送り込まれて行くのである。

尚、本発明のエンジンは混合気を吸入圧縮して着火口よ
り電気着火する形式で実施することも可能である。

尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にする為
に符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造
に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係るエンジンの実施例を示し、第１図は
エンジン全体の縦断側面図、第２図は回転位相が90°異
なる場合におけるシリンダケース付近の横断平面図、第
３図はガバナ用のボール付近の縦断正面図、第４図はプ
ランジャ及びフロート室付近の縦断正面図、第５図はシ
リンダケースが摺接する本体ケース側摺接面の正面図、
第６図はシリンダケース付近の縦断正面図、第７図(イ),
(ロ),(ハ),(ニ),(ホ)はエンジンの作動サイクルを示す図で
ある。 (1)……本体ケース、(2)……シリンダケース、(3a),(3
b)……シリンダ、(4a),(4b)……ピストン、(5)……カム
板、(6a),(6b)……吸排気口、(7)……排気口、(8)……
吸気口、(9)……燃料噴射口、(P₁)……シリンダケース
回転軸芯。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体ケース(1)にシリンダケース(2)を回転
自在に支持し、独立した複数のシリンダ(3a),(3b)をシ
リンダケース回転軸芯(P₁)に対して放射状に前記シリン
ダケース(2)に設け、各シリンダ(3a),(3b)内のピストン
(4a),(4b)を球状に構成すると共に、シリンダケース(2)
の回転に伴い前記各シリンダ(3a),(3b)ごとに設けた吸
排気口(6a),(6b)を、本体ケース(1)側の摺接面に所定回
転位相を隔てて形成された排気口(7)、吸気口(8)、燃料
噴射口(9)又は着火口に順次、連通循環させ、且つ、本
体ケース(1)側に設けたカム板(5)の内周面に前記ピスト
ン(4a),(4b)を接当させてピストン(4a),(4b)を進退案内
するように構成してあるエンジン。