JPH0678783B2 - クランク装置 - Google Patents
クランク装置Info
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- JPH0678783B2 JPH0678783B2 JP18979789A JP18979789A JPH0678783B2 JP H0678783 B2 JPH0678783 B2 JP H0678783B2 JP 18979789 A JP18979789 A JP 18979789A JP 18979789 A JP18979789 A JP 18979789A JP H0678783 B2 JPH0678783 B2 JP H0678783B2
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Classifications
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
- B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
- B62M3/00—Construction of cranks operated by hand or foot
- B62M3/02—Construction of cranks operated by hand or foot of adjustable length
- B62M3/04—Construction of cranks operated by hand or foot of adjustable length automatically adjusting
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は自転車および内燃機等のクランク装置に関す
る。
る。
従来の技術 従来のクランク装置では、自転車の場合、ペダル(内燃
機の場合はクランクピン)には水平位置附近を最大にし
て回転トルクに結び付かない上死点、下死点があり、そ
れに近ずくに従ってトルク効果が悪くなっている。
機の場合はクランクピン)には水平位置附近を最大にし
て回転トルクに結び付かない上死点、下死点があり、そ
れに近ずくに従ってトルク効果が悪くなっている。
第4図は従来のクランクの運動を説明する図である。第
4図(a)〜(d)において、Fはペダル(クランクピ
ン)位置と力の方向を表し、クランク軸Cを回転させよ
うとする関係位置を示したものであり、Rはクランク腕
の長さを、CFはクランク腕の位置を表す。
4図(a)〜(d)において、Fはペダル(クランクピ
ン)位置と力の方向を表し、クランク軸Cを回転させよ
うとする関係位置を示したものであり、Rはクランク腕
の長さを、CFはクランク腕の位置を表す。
発明が解決しようとする課題 上記従来の構成においては、第4図(a),(d)でF
の位置が上死点、下死点の位置にあり、この場合、Fの
力は回転トルクに結び付かず、甚だトルク効果の悪いも
のであった。
の位置が上死点、下死点の位置にあり、この場合、Fの
力は回転トルクに結び付かず、甚だトルク効果の悪いも
のであった。
本発明は上記問題を解決するもので、同じ動作で上死
点、下死点でもなお回転トルクが得られ、トータルトル
クは勿論どの位置でもより大きなトルクを得ることので
きるクランク装置を提供することを目的とするものであ
る。
点、下死点でもなお回転トルクが得られ、トータルトル
クは勿論どの位置でもより大きなトルクを得ることので
きるクランク装置を提供することを目的とするものであ
る。
課題を解決するための手段 上記問題を解決するために本発明のクランク装置は、ク
ランク軸を中心に回転するクランク腕の端部に、該クラ
ンク腕に直角に支持される回転可能な遊星軸を設け、こ
の遊星軸に直角に固定された腕を設け、前記クランク軸
を回転可能に支持して機体本体に固定された固定スプロ
ケットと前記遊星軸に固定された前記固定スプロケット
と同形の回転スプロケットを設け、この両スプロケット
の間に無端帯体を介装し、前記腕の先端に力を加えたと
きに、クランク腕とともに回転する前記腕の平行姿勢を
維持するように構成したものである。
ランク軸を中心に回転するクランク腕の端部に、該クラ
ンク腕に直角に支持される回転可能な遊星軸を設け、こ
の遊星軸に直角に固定された腕を設け、前記クランク軸
を回転可能に支持して機体本体に固定された固定スプロ
ケットと前記遊星軸に固定された前記固定スプロケット
と同形の回転スプロケットを設け、この両スプロケット
の間に無端帯体を介装し、前記腕の先端に力を加えたと
きに、クランク腕とともに回転する前記腕の平行姿勢を
維持するように構成したものである。
さらに、本発明は、前記腕の先端に力を加えたとき、ク
ランク腕とともに回転する前記腕の平行姿勢を維持する
ために、クランク軸を回転可能に支持して機体本体に固
定された固定歯車と遊星軸に固定されて前記固定歯車と
同形の回転歯車を設け、この両歯車に噛合う歯車を設け
たものである。
ランク腕とともに回転する前記腕の平行姿勢を維持する
ために、クランク軸を回転可能に支持して機体本体に固
定された固定歯車と遊星軸に固定されて前記固定歯車と
同形の回転歯車を設け、この両歯車に噛合う歯車を設け
たものである。
さらに、本発明は、前記腕の先端に力を加えたときに、
クランク腕とともに回転する前記腕の姿勢を維持するた
めに、クランク軸を偏心位置で回転可能に支持して機体
本体に固定された固定偏心カムと遊星軸に偏心位置で固
定された回転偏心カムを設け、この両カムに外嵌され
て、両偏心カム間にわたり、かつ前記クランク腕に平行
にリンク腕を介装して設けたものである。
クランク腕とともに回転する前記腕の姿勢を維持するた
めに、クランク軸を偏心位置で回転可能に支持して機体
本体に固定された固定偏心カムと遊星軸に偏心位置で固
定された回転偏心カムを設け、この両カムに外嵌され
て、両偏心カム間にわたり、かつ前記クランク腕に平行
にリンク腕を介装して設けたものである。
作用 上記構成により、第3図に示すように、クランク腕の端
部からLなる腕を横に出し、この腕の先端にFなる力を
加えてかつその平行姿勢を維持しながら、クランク腕と
ともに回転させると、第3図(a)〜(d)のようにな
り、クランク軸CよりLだけ横位置を仮の中心C′とし
た同じ半径Rの円周上を腕の先端が運動する。
部からLなる腕を横に出し、この腕の先端にFなる力を
加えてかつその平行姿勢を維持しながら、クランク腕と
ともに回転させると、第3図(a)〜(d)のようにな
り、クランク軸CよりLだけ横位置を仮の中心C′とし
た同じ半径Rの円周上を腕の先端が運動する。
第3図(a)は第4図(a)に相当する位置であって、
第4図(a)ではトルクが無くても、第3図(a)では
L×Fなるトルクがある。また、第3図(d)のように
上にあがった反対側が死点の位置であっても、下側はま
だFよりCを通る鉛直線までの距離とFを乗じた分のト
ルクが存在し、トルクが無くなることはない。
第4図(a)ではトルクが無くても、第3図(a)では
L×Fなるトルクがある。また、第3図(d)のように
上にあがった反対側が死点の位置であっても、下側はま
だFよりCを通る鉛直線までの距離とFを乗じた分のト
ルクが存在し、トルクが無くなることはない。
実施例 以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明の第1の実施例を示す自転車のクランク
装置の原理説明図、第2図は同クランク装置の部分切欠
き要部斜視図である。第1図において、Cはクランク
軸、Gは遊星軸、Dはペダル軸で、遊星軸Gは長さRの
クランク腕CGを介してクランク軸Cに連結され、ペダル
軸Dは長さLの常に平行移動(図では水平姿勢を維持し
て移動)する腕GDを介して遊星軸Gに連結されている。
Fはペダル軸Dを踏む力、θはクランク腕CGが水平面と
なす角度、θ1はクランク軸Cとペダル軸Dを結ぶ線が
水平面となす角度であり、MNをこのときのペダル軸Dを
クランク軸Cに対して回転させようとするトルクとする
と、 MN=CD×Fcosθ1 =CD×F(L+Rcosθ)/CD =F(L+Rcosθ) となる。第4図に示す従来例の場合は、この式でL=0
のときであり、したがって、θが±π/2のときにcosθ
=0となり、この点において死点となっていた。
装置の原理説明図、第2図は同クランク装置の部分切欠
き要部斜視図である。第1図において、Cはクランク
軸、Gは遊星軸、Dはペダル軸で、遊星軸Gは長さRの
クランク腕CGを介してクランク軸Cに連結され、ペダル
軸Dは長さLの常に平行移動(図では水平姿勢を維持し
て移動)する腕GDを介して遊星軸Gに連結されている。
Fはペダル軸Dを踏む力、θはクランク腕CGが水平面と
なす角度、θ1はクランク軸Cとペダル軸Dを結ぶ線が
水平面となす角度であり、MNをこのときのペダル軸Dを
クランク軸Cに対して回転させようとするトルクとする
と、 MN=CD×Fcosθ1 =CD×F(L+Rcosθ)/CD =F(L+Rcosθ) となる。第4図に示す従来例の場合は、この式でL=0
のときであり、したがって、θが±π/2のときにcosθ
=0となり、この点において死点となっていた。
本実施例の場合変数θが±π/2のとき、 Rcosθが0となってもMNはFLなる値を残して死点とはな
らないとともに、どの角度でも、FLなるトルクが従来の
ものより余分に存在している。
らないとともに、どの角度でも、FLなるトルクが従来の
ものより余分に存在している。
そこで、+π/2〜−π/2の間のトルクの合計を求めるた
めに積分すると となる。従来のクランクのトルクはこの第1項のL=0
となる状態のときで2RFである。したがって本実施例は
πLFだけ大きいことが判る。
めに積分すると となる。従来のクランクのトルクはこの第1項のL=0
となる状態のときで2RFである。したがって本実施例は
πLFだけ大きいことが判る。
これを具体的な計算例で比較してみると、次のようにな
る。従来のもののトルクをMP、本実施例のものをMNとし
てR=20cm、L=10cm、F=30kgを代入してみると ΣMp= 2×20×30=1200 kg−cm ΣMN=π×10×30+2×20×30=2142.5 kg−cm ΣMN/ΣMP=1.785即ち、78.5%増加する。
る。従来のもののトルクをMP、本実施例のものをMNとし
てR=20cm、L=10cm、F=30kgを代入してみると ΣMp= 2×20×30=1200 kg−cm ΣMN=π×10×30+2×20×30=2142.5 kg−cm ΣMN/ΣMP=1.785即ち、78.5%増加する。
次に、自転車のクランク装置の構造の一例を第2図によ
って説明する。第2図は第3図(b)の第1象限でFの
力が掛った状態の自転車の右側ペダルの部分切欠き斜視
図を示し、このときの左側ペダルの位置は図示されてい
ないが、第3象限にある。第2図において、1は回転可
能なクランク軸(第1図のCに相当)で、このクランク
軸1に固定されてクランク軸1と直交する方向に延びる
クランク腕2(第1図のCGに相当)の先端に遊星軸3
(第1図のGに相当)がクランク軸1に平行でかつ回転
可能に支持されている。4は自転車本体に固定されてク
ランク軸1を回転自在に同芯に支持する固定スプロケッ
ト、5は遊星軸3に同芯に固定された、固定スプロケッ
ト4と同形の回転スプロケットであり、これら固定スプ
ロケット4と回転スプロケット5の間にチェーン6が介
装されている。なお、チェーンは歯付ベルトであっても
よい。また、遊星軸3にはこの遊星軸3に固定されて遊
星軸3に直交する方向に延びる腕7(第1図のGDに相
当)が設けられ、チェーン6が固定スプロケット4と回
転スプロケット5に連結された状態では、腕7はクラン
ク腕2と連動した移動中は平行姿勢例えば水平姿勢を維
持するように構成されている。また、腕7の先端にはペ
ダル軸8(第1図のDに相当)が遊星軸3に平行に固定
され、ペダル軸8にペダル9が回転自在に取り付けられ
ている。
って説明する。第2図は第3図(b)の第1象限でFの
力が掛った状態の自転車の右側ペダルの部分切欠き斜視
図を示し、このときの左側ペダルの位置は図示されてい
ないが、第3象限にある。第2図において、1は回転可
能なクランク軸(第1図のCに相当)で、このクランク
軸1に固定されてクランク軸1と直交する方向に延びる
クランク腕2(第1図のCGに相当)の先端に遊星軸3
(第1図のGに相当)がクランク軸1に平行でかつ回転
可能に支持されている。4は自転車本体に固定されてク
ランク軸1を回転自在に同芯に支持する固定スプロケッ
ト、5は遊星軸3に同芯に固定された、固定スプロケッ
ト4と同形の回転スプロケットであり、これら固定スプ
ロケット4と回転スプロケット5の間にチェーン6が介
装されている。なお、チェーンは歯付ベルトであっても
よい。また、遊星軸3にはこの遊星軸3に固定されて遊
星軸3に直交する方向に延びる腕7(第1図のGDに相
当)が設けられ、チェーン6が固定スプロケット4と回
転スプロケット5に連結された状態では、腕7はクラン
ク腕2と連動した移動中は平行姿勢例えば水平姿勢を維
持するように構成されている。また、腕7の先端にはペ
ダル軸8(第1図のDに相当)が遊星軸3に平行に固定
され、ペダル軸8にペダル9が回転自在に取り付けられ
ている。
いま、ペダル9を下方に踏むとペダル軸8が下方に押さ
れ、腕7は固定および回転スプロケット4,5とチェーン
6の機構により水平姿勢を維持したまま、下方に移動す
るように規制され、クランク腕2は遊星軸3により押さ
れてクランク軸1の周りを回転する。
れ、腕7は固定および回転スプロケット4,5とチェーン
6の機構により水平姿勢を維持したまま、下方に移動す
るように規制され、クランク腕2は遊星軸3により押さ
れてクランク軸1の周りを回転する。
以上は自転車のクランクを例に取って説明したが、内燃
機の場合はペダル9を内燃機のロッドに置換えると良
い。しかし、自転車が均一な力で駆動されるのと異り、
従来の内燃機は上死点近くで発火し、一番ガス圧の強い
ときに最も能率の悪いCosπ/2近くでピストンに力が加
えられ、ピストンが順次降下して圧力が下ってしまうこ
とを考えるならば、ガス圧の強い上死点でFLがトルクと
してクランクに伝達出来るのであるから自転車の場合以
上の効果を期待できる。
機の場合はペダル9を内燃機のロッドに置換えると良
い。しかし、自転車が均一な力で駆動されるのと異り、
従来の内燃機は上死点近くで発火し、一番ガス圧の強い
ときに最も能率の悪いCosπ/2近くでピストンに力が加
えられ、ピストンが順次降下して圧力が下ってしまうこ
とを考えるならば、ガス圧の強い上死点でFLがトルクと
してクランクに伝達出来るのであるから自転車の場合以
上の効果を期待できる。
次に、内燃機の場合について説明する。第5図は第2の
実施例を示す内燃機のクランク装置の原理説明図、第6
図は同クランク装置の要部の部分切欠き斜視図である。
第5図において、 C ;クランク軸 G ;遊星軸 D ;クランクピン C′;見掛上Dの回転中心 CG;クランク腕 長さR GD;平行移動する腕 長さL CD;見掛上の腕 長さγ T ;ピストンの上限位置 TiD;ピストンロッドの長さ 仮りに長さを3R TC′;シリンダー軸線 仮りに長さを4R F0;T1の位置でピストンを矢印方向に押す力 F1;ピストンロッドを押す力 F0の分力 F2;CDを回転させようとする力 F1の分力 θ ;Cを通るシリンダー軸線に平行な線と任意の位置の
クランク腕とのなす角 θ1;Cを通るシリンダー軸線に平行な線と任意の位置の
見掛上の腕(長さγ)とのなす角 θ2;シリンダー軸とピストンロッドのなす角 θ3;CDに直角の線とピストンロッドの線との角 M ;任意角θの時のF0の力によりCDを回転させようと
するトルク とすると、 で表される。また、Pを圧力、Vを体積とすると、断熱
膨脹の式から PVγ=C 爆発行程中ポアソン指数γ=1.4 したがってPV1.4=C、 圧縮行程中ポアソン指数γ=1.38 したがってPV1.38=Cである。
実施例を示す内燃機のクランク装置の原理説明図、第6
図は同クランク装置の要部の部分切欠き斜視図である。
第5図において、 C ;クランク軸 G ;遊星軸 D ;クランクピン C′;見掛上Dの回転中心 CG;クランク腕 長さR GD;平行移動する腕 長さL CD;見掛上の腕 長さγ T ;ピストンの上限位置 TiD;ピストンロッドの長さ 仮りに長さを3R TC′;シリンダー軸線 仮りに長さを4R F0;T1の位置でピストンを矢印方向に押す力 F1;ピストンロッドを押す力 F0の分力 F2;CDを回転させようとする力 F1の分力 θ ;Cを通るシリンダー軸線に平行な線と任意の位置の
クランク腕とのなす角 θ1;Cを通るシリンダー軸線に平行な線と任意の位置の
見掛上の腕(長さγ)とのなす角 θ2;シリンダー軸とピストンロッドのなす角 θ3;CDに直角の線とピストンロッドの線との角 M ;任意角θの時のF0の力によりCDを回転させようと
するトルク とすると、 で表される。また、Pを圧力、Vを体積とすると、断熱
膨脹の式から PVγ=C 爆発行程中ポアソン指数γ=1.4 したがってPV1.4=C、 圧縮行程中ポアソン指数γ=1.38 したがってPV1.38=Cである。
いま、燃焼室の初期体積をV0とし、ピストンの移動によ
る体積をV1とし、シリンダー断面積をaとし、圧縮比を
8とすると、 (V1+V0)/V0=8/1 したがってV0=V1/7 V1=2RaよりV0=2Ra/7≒ 0.3R・a ストロークSなる位置のシリンダー体積をVSとすると、 VS=(4R−3RCosθ2−RCosθ)・a であるので、このときの燃焼室の体積Vは、 V=V0+VS=(4.3−3Cosθ2−Cosθ)R・a…(5) 点火時の圧力及体積条件より C=P×(0.3R・a)γ …(6) F0=aPとすると、 PVγ=Cより F0=aC/Vγ …(7) 故に(5)(6)(7)より F0=a×P×(0.3)γ/ (4.3−3Cosθ2−Cosθ)γ …(8) またRSinθ=3RSinθ2よりSinθ2=Sinθ/3、したが
って、 θ2=Sin-1(Sinθ/3) …(9) 故に(9)式より Cosθ2=Cos・Sin-1(Sinθ/3) …(10) またγCosθ1=RCosθより θ1=Cos-1(RCosθ/γ) …(11) θ3=90−(θ1+θ2)より Cosθ3=Sin(θ1+θ2) …(12) 故に(9)(11)(12)式より Cosθ3=Sin{Cos-1(RCosθ/γ)+Sin-1(Sinθ/
3)} …(13) よって(2)(3)(4)(10)(13)式より θの値を0〜180°まで変化させた時のMの値を集計し
て従来との違いを比較しよとするためaを計算より除外
して1として扱う。
る体積をV1とし、シリンダー断面積をaとし、圧縮比を
8とすると、 (V1+V0)/V0=8/1 したがってV0=V1/7 V1=2RaよりV0=2Ra/7≒ 0.3R・a ストロークSなる位置のシリンダー体積をVSとすると、 VS=(4R−3RCosθ2−RCosθ)・a であるので、このときの燃焼室の体積Vは、 V=V0+VS=(4.3−3Cosθ2−Cosθ)R・a…(5) 点火時の圧力及体積条件より C=P×(0.3R・a)γ …(6) F0=aPとすると、 PVγ=Cより F0=aC/Vγ …(7) 故に(5)(6)(7)より F0=a×P×(0.3)γ/ (4.3−3Cosθ2−Cosθ)γ …(8) またRSinθ=3RSinθ2よりSinθ2=Sinθ/3、したが
って、 θ2=Sin-1(Sinθ/3) …(9) 故に(9)式より Cosθ2=Cos・Sin-1(Sinθ/3) …(10) またγCosθ1=RCosθより θ1=Cos-1(RCosθ/γ) …(11) θ3=90−(θ1+θ2)より Cosθ3=Sin(θ1+θ2) …(12) 故に(9)(11)(12)式より Cosθ3=Sin{Cos-1(RCosθ/γ)+Sin-1(Sinθ/
3)} …(13) よって(2)(3)(4)(10)(13)式より θの値を0〜180°まで変化させた時のMの値を集計し
て従来との違いを比較しよとするためaを計算より除外
して1として扱う。
腕のLとLとはどのような意味を持つかを比較する
ために腕の長さを1、1とクランク腕を5、燃焼室
圧力、ポアソン指数及びシリンダー断面積をそれぞれ1
とし、0より180°までのMを(14)式を用いて計算し
集計してみると、表1のようになる。即ち の爆発行程では259.4のトルクが得られ、 の圧縮行程では142.7のトルクで良いことになる。
ために腕の長さを1、1とクランク腕を5、燃焼室
圧力、ポアソン指数及びシリンダー断面積をそれぞれ1
とし、0より180°までのMを(14)式を用いて計算し
集計してみると、表1のようになる。即ち の爆発行程では259.4のトルクが得られ、 の圧縮行程では142.7のトルクで良いことになる。
即ち、の爆発行程では大きく、の圧縮行程における
トルク消費は小さくて済む。これは腕Lの長さが長くな
る程増々大きく現れる(表2)。しかるに従来のは腕L
が無いのでこの機構による恩恵は受けてないのである。
表2はLの値を変化させたときの4つの例を例1〜例4
として示す。ここではLに種々の長さを入れ他の項目は
それぞれ適当な数字とθを0°より180°まで1°単位
で入れてMの値を集計したもので、従来のものを100%
とし他をその%で比較したものである。爆発行程のモー
メントより圧縮行程のモーメントを差引いた差引有効モ
ーメント及び1°の時の初期のモーメントは著しい改善
が見られる。
トルク消費は小さくて済む。これは腕Lの長さが長くな
る程増々大きく現れる(表2)。しかるに従来のは腕L
が無いのでこの機構による恩恵は受けてないのである。
表2はLの値を変化させたときの4つの例を例1〜例4
として示す。ここではLに種々の長さを入れ他の項目は
それぞれ適当な数字とθを0°より180°まで1°単位
で入れてMの値を集計したもので、従来のものを100%
とし他をその%で比較したものである。爆発行程のモー
メントより圧縮行程のモーメントを差引いた差引有効モ
ーメント及び1°の時の初期のモーメントは著しい改善
が見られる。
次に、内燃機のクランク装置の構造の一例を第6図を用
いて説明する。第6図は、第3図(b)の第1象限でF
の力が掛った状態の部分切欠き斜視図を示し、第2図と
異なるところは、平行姿勢例えば水平姿勢を維持して移
動する腕17は内燃機の性質上非常に短かくて良いこと
と、水平姿勢を維持して移動する機構は2個の歯車とこ
れと噛合う内歯々車よりなることである。
いて説明する。第6図は、第3図(b)の第1象限でF
の力が掛った状態の部分切欠き斜視図を示し、第2図と
異なるところは、平行姿勢例えば水平姿勢を維持して移
動する腕17は内燃機の性質上非常に短かくて良いこと
と、水平姿勢を維持して移動する機構は2個の歯車とこ
れと噛合う内歯々車よりなることである。
第6図において、11は回転可能なクランク軸(第5図の
Cに相当)12はクランク軸11に直角に固定されたクラン
ク腕(第5図のCGに相当)で、筐体に形成されてフライ
ホイールの役目を兼ねている。13は遊星軸(第5図のG
に相当)で、クランク腕12にクランク軸11に平行でかつ
回転可能に支持されている。14は内燃機本体に固定され
てクランク軸11を回転自在に同芯に支持する固定歯車、
15は遊星軸13に同芯に固定された、固定歯車14と同形の
回転歯車で、これら固定歯車14と回転歯車15はクランク
腕12を構成する筐体の内面に配置された内歯々車16に噛
合っている。この内歯々車16の筐体に対する摩擦を軽減
させる必要がある場合は、内歯々車16と筐体との間にニ
ードルベアリングを使用してもよい。17は遊星軸3に直
角に固定された腕で、クランク腕12に連動した回転によ
っても前記歯車14,15と内歯々車16の機構によって平行
姿勢例えば水平姿勢を維持するように構成されている。
18は腕17に遊星軸13と位置をずらして遊星軸13と平行に
固定されたクランクピンで、ピストン20のピストンロッ
ド19に枢着されている。
Cに相当)12はクランク軸11に直角に固定されたクラン
ク腕(第5図のCGに相当)で、筐体に形成されてフライ
ホイールの役目を兼ねている。13は遊星軸(第5図のG
に相当)で、クランク腕12にクランク軸11に平行でかつ
回転可能に支持されている。14は内燃機本体に固定され
てクランク軸11を回転自在に同芯に支持する固定歯車、
15は遊星軸13に同芯に固定された、固定歯車14と同形の
回転歯車で、これら固定歯車14と回転歯車15はクランク
腕12を構成する筐体の内面に配置された内歯々車16に噛
合っている。この内歯々車16の筐体に対する摩擦を軽減
させる必要がある場合は、内歯々車16と筐体との間にニ
ードルベアリングを使用してもよい。17は遊星軸3に直
角に固定された腕で、クランク腕12に連動した回転によ
っても前記歯車14,15と内歯々車16の機構によって平行
姿勢例えば水平姿勢を維持するように構成されている。
18は腕17に遊星軸13と位置をずらして遊星軸13と平行に
固定されたクランクピンで、ピストン20のピストンロッ
ド19に枢着されている。
その動作は自転車のときと同じであるので、その詳細な
説明は省略する。
説明は省略する。
表1,表2によると平行移動する腕17の長さは性能向上目
的のためには出来るだけ長い方が良いが、この長さに比
して歯車15の直径もまた出来るだけ大きくして歯に掛る
力を軽減したいところである。しかしながらクランク軸
11の径及びクランク腕12の長さの制限上、歯車15の直径
は余りに大きくすることは出来ず、出来るだけコンパク
トにしたいところである。したがって、歯車の材質を上
げるとか、平歯車よりハスバ歯車にとか、歯巾を広くす
るとか、第6図のように歯車の配列を平行にするとか、
かっての日本航空機用エンジンに使用されたハスバ傘歯
車にすると良い。
的のためには出来るだけ長い方が良いが、この長さに比
して歯車15の直径もまた出来るだけ大きくして歯に掛る
力を軽減したいところである。しかしながらクランク軸
11の径及びクランク腕12の長さの制限上、歯車15の直径
は余りに大きくすることは出来ず、出来るだけコンパク
トにしたいところである。したがって、歯車の材質を上
げるとか、平歯車よりハスバ歯車にとか、歯巾を広くす
るとか、第6図のように歯車の配列を平行にするとか、
かっての日本航空機用エンジンに使用されたハスバ傘歯
車にすると良い。
第7図は表2の例2より作図した極座標によるトルク線
図である。は本実施例方式でR=5,L=1,P=50,γ
=1.4,a=1としたときの爆発行程時のトルクカーブ,
は本実施例方式でR=5,L=1,P=8,γ=1.36,a=1
としたときの圧縮行程時のトルクカーブを示し、各トル
クカーブにより閉じられる面積はそれぞれ膨張仕事およ
び圧縮仕事を表わし、からを差引いた面積が本実施
例で得られる有効なトルクである。また、およびは
従来方式によるトルクカーブで、本実施例による方が大
きなトルクが得られることがわかる。
図である。は本実施例方式でR=5,L=1,P=50,γ
=1.4,a=1としたときの爆発行程時のトルクカーブ,
は本実施例方式でR=5,L=1,P=8,γ=1.36,a=1
としたときの圧縮行程時のトルクカーブを示し、各トル
クカーブにより閉じられる面積はそれぞれ膨張仕事およ
び圧縮仕事を表わし、からを差引いた面積が本実施
例で得られる有効なトルクである。また、およびは
従来方式によるトルクカーブで、本実施例による方が大
きなトルクが得られることがわかる。
次に、腕の平行姿勢を維持する機構をリンク機構で構成
した場合の実施例について第8図の構成図および第9図
の運動説明図を用いて説明する。ここで、第8図はクラ
ンク腕が第9図(b)と(c)の中間で水平位置に来
て、かつ腕がその延長線上の位置に来たときの斜視図を
示す。
した場合の実施例について第8図の構成図および第9図
の運動説明図を用いて説明する。ここで、第8図はクラ
ンク腕が第9図(b)と(c)の中間で水平位置に来
て、かつ腕がその延長線上の位置に来たときの斜視図を
示す。
第8図において、21はクランク軸、22はクランク軸21に
直角に固定されたクランク腕、23はクランク腕22の先端
に、クランク軸21に平行でかつ回転可能に支持された遊
星軸である。24はクランク軸21に垂直に機体本体に固定
されたたとえば円板状の固定偏心カムで、この固定偏心
カム24の偏心位置(第8図では円板状固定偏心カムの中
心より水平方向にずれた位置)に設けられた孔部24aに
クランク軸21が回転可能に嵌合されている。25はクラン
ク腕22に平行に配置されたリンク腕で、その一端に設け
られた孔25aは固定偏心カム24に回転可能に外嵌してい
る。26はたとえば円板状の回転偏心カムで、偏心位置
(第8図では固定偏心カムと同様の水平方向にずれた位
置)で遊星軸23に垂直に固定されており、リンク腕25の
他端に設けられた孔25bはこの回転偏心カム26に回転可
能に外嵌している。27は遊星腕23に直角に固定された腕
で、クランク腕22に連動した回転によっても、クランク
腕22とリンク腕25のリンク機構により腕27の姿勢たとえ
ば水平姿勢は維持される構成になっている。28はペダル
軸またはクランクピンで、ペダルまたはピストンロッド
が枢着される。
直角に固定されたクランク腕、23はクランク腕22の先端
に、クランク軸21に平行でかつ回転可能に支持された遊
星軸である。24はクランク軸21に垂直に機体本体に固定
されたたとえば円板状の固定偏心カムで、この固定偏心
カム24の偏心位置(第8図では円板状固定偏心カムの中
心より水平方向にずれた位置)に設けられた孔部24aに
クランク軸21が回転可能に嵌合されている。25はクラン
ク腕22に平行に配置されたリンク腕で、その一端に設け
られた孔25aは固定偏心カム24に回転可能に外嵌してい
る。26はたとえば円板状の回転偏心カムで、偏心位置
(第8図では固定偏心カムと同様の水平方向にずれた位
置)で遊星軸23に垂直に固定されており、リンク腕25の
他端に設けられた孔25bはこの回転偏心カム26に回転可
能に外嵌している。27は遊星腕23に直角に固定された腕
で、クランク腕22に連動した回転によっても、クランク
腕22とリンク腕25のリンク機構により腕27の姿勢たとえ
ば水平姿勢は維持される構成になっている。28はペダル
軸またはクランクピンで、ペダルまたはピストンロッド
が枢着される。
上記構成による動作を第9図により説明する。第9図
(a)〜(f)はクランク腕22がそれぞれ上死点,第1
象限,第2象限,下死点,第3象限および第4象限に位
置するときの図であり、Cはクランク軸21の軸心、C″
はリンク腕25の固定偏心カム24による回転中心、C′は
腕27先端のペダル軸またはクランクピン28の見掛上の回
転中心である。
(a)〜(f)はクランク腕22がそれぞれ上死点,第1
象限,第2象限,下死点,第3象限および第4象限に位
置するときの図であり、Cはクランク軸21の軸心、C″
はリンク腕25の固定偏心カム24による回転中心、C′は
腕27先端のペダル軸またはクランクピン28の見掛上の回
転中心である。
第9図において、腕27は水平姿勢に設定されている。い
ま、ペダル軸またはクランクピン28を下方に押すと、ク
ランク腕22およびリンク腕25はそれぞれCおよびC″を
中心に互いに平行を保った状態で回転し、腕27は水平姿
勢を維持したまま下方に移動するように規制され、クラ
ンク腕22は遊星軸23に押されてクランク軸21の周りを回
転する。
ま、ペダル軸またはクランクピン28を下方に押すと、ク
ランク腕22およびリンク腕25はそれぞれCおよびC″を
中心に互いに平行を保った状態で回転し、腕27は水平姿
勢を維持したまま下方に移動するように規制され、クラ
ンク腕22は遊星軸23に押されてクランク軸21の周りを回
転する。
第10図(a)〜(f)は腕27が水平姿勢より僅かの角度
βだけ上向きに設定されて、この姿勢が維持されて平行
移動するリンク機構を示す。第10図(a)〜(f)にお
いて、第9図(a)〜(f)と同様にクランク腕22がそ
れぞれ上死点,第1象限,第2象限,下死点,第3象限
および第4象限に位置するときの図で、Cはクランク軸
21の軸心、C″はリンク腕25の固定偏心カム24による回
転中心、C′は腕27先端のペダル軸またはクランクピン
28の見掛上の回転中心である。ここで、クランク軸21の
軸心Cは、第9図のようにリンク腕25の回転中心C″に
対して水平方向にずれるのではなく、上記角度β方向に
ずれた位置になるように固定偏心カム24は機体本体に固
定される。この場合、第9図のものより大きい有効トル
ク量が得られる。このときの角度βの大きさはクランク
腕22の長さRと腕27の長さLによって決まる。
βだけ上向きに設定されて、この姿勢が維持されて平行
移動するリンク機構を示す。第10図(a)〜(f)にお
いて、第9図(a)〜(f)と同様にクランク腕22がそ
れぞれ上死点,第1象限,第2象限,下死点,第3象限
および第4象限に位置するときの図で、Cはクランク軸
21の軸心、C″はリンク腕25の固定偏心カム24による回
転中心、C′は腕27先端のペダル軸またはクランクピン
28の見掛上の回転中心である。ここで、クランク軸21の
軸心Cは、第9図のようにリンク腕25の回転中心C″に
対して水平方向にずれるのではなく、上記角度β方向に
ずれた位置になるように固定偏心カム24は機体本体に固
定される。この場合、第9図のものより大きい有効トル
ク量が得られる。このときの角度βの大きさはクランク
腕22の長さRと腕27の長さLによって決まる。
また、カム24,26の形状およびこのカムに外嵌するリン
ク腕25の孔25a,25bの形状によって、腕27の姿勢を僅か
の範囲で変化させることも可能である。
ク腕25の孔25a,25bの形状によって、腕27の姿勢を僅か
の範囲で変化させることも可能である。
本発明によれば、次のような効果が得られる。
(A)自転車の場合 1)従来の自転車に比較してペダルの回転半径が同じで
あるので、入力条件は同じである。
あるので、入力条件は同じである。
2)同じ入力に対して、L=2R/π=0.64R腕を設ける
と、(1)式より2倍の回転力を持つことが分かる。し
たがって、変速ギヤーを入れて走行する場合は2倍の速
度が得られる。
と、(1)式より2倍の回転力を持つことが分かる。し
たがって、変速ギヤーを入れて走行する場合は2倍の速
度が得られる。
3)トータルトルクは勿論、ペダルのどの角度で比較し
てもトルクは大きい故に軽く運転出来る。
てもトルクは大きい故に軽く運転出来る。
4)上死点、下死点は無く登板時のように速度が遅くな
りふらつくことがなくなる。
りふらつくことがなくなる。
(B)内燃機関の場合 1)爆発行程では腕がクランク腕に対して即ち長くな
るのでトルク吸収する場合にになり、圧縮行程では腕
がクランク腕に対して即ち短かくなるので従来より強
い力を生じ、トルクを消費する場合少くてすみ爆発圧縮
行程のあるこのケースではその何れにも好都合である。
るのでトルク吸収する場合にになり、圧縮行程では腕
がクランク腕に対して即ち短かくなるので従来より強
い力を生じ、トルクを消費する場合少くてすみ爆発圧縮
行程のあるこのケースではその何れにも好都合である。
2)従来の腕の無いものを100%とし、クランク腕の長
さRに対して0.1Rおよび0.2Rの腕の長さを持つものと比
較すると、表2において、初期角1°の時のトルクは52
9%および960%である。この差は最大圧力時クランクピ
ンに負荷として掛っていた力が回転に向けられたことを
意味するのであるから、圧力の面から考えると、その分
だけクランクピンとクランク腕に掛る力が軽減されるこ
とになり、設計上小さくすることが出来る。
さRに対して0.1Rおよび0.2Rの腕の長さを持つものと比
較すると、表2において、初期角1°の時のトルクは52
9%および960%である。この差は最大圧力時クランクピ
ンに負荷として掛っていた力が回転に向けられたことを
意味するのであるから、圧力の面から考えると、その分
だけクランクピンとクランク腕に掛る力が軽減されるこ
とになり、設計上小さくすることが出来る。
3)同様にして合計トルクは124.7%および148.6%であ
り、単純に考えるならば車の場合同量のガソリンで1.25
倍および1.5倍だけ走行距離を延ばすことが出来る。
り、単純に考えるならば車の場合同量のガソリンで1.25
倍および1.5倍だけ走行距離を延ばすことが出来る。
4)また、トルクが大きいことは回転しやすいことを意
味し、回転数が上ることになり、これもまた上記トルク
以外に出力上昇に役立つ。
味し、回転数が上ることになり、これもまた上記トルク
以外に出力上昇に役立つ。
5)参考までにトータルトルクを2倍にするには、表2
から分るように、0.4Rの腕が必要である。
から分るように、0.4Rの腕が必要である。
(C)蒸気機関の場合 (B)の内燃機関の場合と同様であるが、(14)式のM
の計算で(0.3)γ/(4.3−3Cosθ2−Cosθ)γ=1
として計算すれば表3のようになる。
の計算で(0.3)γ/(4.3−3Cosθ2−Cosθ)γ=1
として計算すれば表3のようになる。
1)この場合、同じ入力に対して0.628Rの腕を設けた時
に表3に示すように従来に比して2倍の出力が得られ
る。
に表3に示すように従来に比して2倍の出力が得られ
る。
2)初期角1°の時のモーメントは従来に比して33.00
倍あり、死点の心配は少い。
倍あり、死点の心配は少い。
(D)圧縮機ポンプの場合 (B)の内燃機関において爆発行程の際の燃焼室圧力が
存在しない場合に相当するが、この(B)の内燃機関に
ついての1)の箇所の説明及び表1よりLの場合を利
用すると、同じストロークでは、少いトルクで大きな力
を生ずることになり、省エネルギーの圧縮機またはポン
プが得られる。
存在しない場合に相当するが、この(B)の内燃機関に
ついての1)の箇所の説明及び表1よりLの場合を利
用すると、同じストロークでは、少いトルクで大きな力
を生ずることになり、省エネルギーの圧縮機またはポン
プが得られる。
(E)其の他の応用例 クランク機構を用いて動力を伝達するようにした装置、
たとえば 1)東南アジアで見掛ける三輪自転車 2)レジャー用足踏式水上ボート 3)人力飛行機 等に応用すると、その性能が向上する。
たとえば 1)東南アジアで見掛ける三輪自転車 2)レジャー用足踏式水上ボート 3)人力飛行機 等に応用すると、その性能が向上する。
発明の効果 以上のように本発明によれば、従来の死点においても、
L×Fになるトルクが得られるので、効率のよい運転を
でき、さらに早い速度で走行が可能である。また、内燃
機に使用するときは、爆発圧縮行程のいずれの行程の場
合でも、従来のものより効率のよいエネルギーが得ら
れ、燃費の面からも格段の向上が図られる。
L×Fになるトルクが得られるので、効率のよい運転を
でき、さらに早い速度で走行が可能である。また、内燃
機に使用するときは、爆発圧縮行程のいずれの行程の場
合でも、従来のものより効率のよいエネルギーが得ら
れ、燃費の面からも格段の向上が図られる。
第1図は本発明の第1の実施例を示す自転車のクランク
装置の原理説明図、第2図は同自転車のクランク装置の
部分切欠き要部斜視図、第3図は同クランク装置のクラ
ンク腕と延設された腕との関係を示す運動説明図、第4
図は従来のクランク装置のクランク腕の運動説明図、第
5図は第2の実施例を示す内燃機のクランク装置の原理
説明図、第6図は同内燃機のクランク装置の部分切欠き
要部斜視図、第7図は極座標によるトルク線図、第8図
はリンク機構を用いた場合の第3の実施例を示すクラン
ク装置の要部分解斜視図、第9図および第10図はそれぞ
れ同クランク装置のリンク機構の運動説明図である。 1,11,21…クランク軸、2,12,22…クランク腕、3,13,23
…遊星軸、4…固定スプロケット、5…回転スプロケッ
ト、14…固定歯車、15…回転歯車、24…固定偏心カム、
25…回転偏心カム、6…チェーン、16…内歯々車、26…
リンク腕、7,17,27…腕、8…ペダル軸、18…クランク
ピン、28…ペダル軸またはクランクピン。
装置の原理説明図、第2図は同自転車のクランク装置の
部分切欠き要部斜視図、第3図は同クランク装置のクラ
ンク腕と延設された腕との関係を示す運動説明図、第4
図は従来のクランク装置のクランク腕の運動説明図、第
5図は第2の実施例を示す内燃機のクランク装置の原理
説明図、第6図は同内燃機のクランク装置の部分切欠き
要部斜視図、第7図は極座標によるトルク線図、第8図
はリンク機構を用いた場合の第3の実施例を示すクラン
ク装置の要部分解斜視図、第9図および第10図はそれぞ
れ同クランク装置のリンク機構の運動説明図である。 1,11,21…クランク軸、2,12,22…クランク腕、3,13,23
…遊星軸、4…固定スプロケット、5…回転スプロケッ
ト、14…固定歯車、15…回転歯車、24…固定偏心カム、
25…回転偏心カム、6…チェーン、16…内歯々車、26…
リンク腕、7,17,27…腕、8…ペダル軸、18…クランク
ピン、28…ペダル軸またはクランクピン。
Claims (3)
- 【請求項1】クランク軸を中心に回転するクランク腕の
端部に、該クランク腕に直角に支持された回転可能な遊
星軸を設け、 この遊星軸に直角に固定された腕を設け、 前記クランク軸を回転可能に支持して機体本体に固定さ
れた固定スプロケットと前記遊星軸に固定されて前記固
定スプロケットと同形の回転スプロケットを設け、 この両スプロケットの間に無端帯体を介装し、前記腕の
先端に力を加えたときに、クランク腕とともに回転する
前記腕の平行姿勢を維持するように構成したクランク装
置。 - 【請求項2】クランク軸を中心に回転するクランク腕の
端部に、該クランク腕に直角に支持された回転可能な遊
星軸を設け、 この遊星軸に直角に固定された腕を設け、 前記クランク軸を回転可能に支持して機体本体に固定さ
れた固定歯車と遊星軸に固定されて前記固定歯車と同形
の回転歯車を設け、 この両歯車に噛合う歯車を設け、前記腕の先端に力を加
えたときにクランク腕とともに回転する前記腕の平行姿
勢を維持するように構成したクランク装置。 - 【請求項3】クランク軸を中心に回転するクランク腕の
端部に、該クランク腕に直角に支持された回転可能な遊
星軸を設け、 この遊星軸に直角に固定された腕を設け、 前記クランク軸を偏心位置で回転可能に支持して機体本
体に固定された固定偏心カムと前記遊星軸に偏心位置で
固定された回転偏心カムを設け、 この両カムに外嵌されて、両偏心カム間にわたり、かつ
前記クランク腕に平行にリンク腕を介装し、前記腕の先
端に力を加えたときに、クランク腕とともに回転する前
記腕の姿勢を維持するように構成したクランク装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18979789A JPH0678783B2 (ja) | 1989-03-08 | 1989-07-21 | クランク装置 |
| EP19900200521 EP0386847A3 (en) | 1989-03-08 | 1990-03-06 | Crank mechanism |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1-55606 | 1989-03-08 | ||
| JP5560689 | 1989-03-08 | ||
| JP18979789A JPH0678783B2 (ja) | 1989-03-08 | 1989-07-21 | クランク装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0320147A JPH0320147A (ja) | 1991-01-29 |
| JPH0678783B2 true JPH0678783B2 (ja) | 1994-10-05 |
Family
ID=26396495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18979789A Expired - Lifetime JPH0678783B2 (ja) | 1989-03-08 | 1989-07-21 | クランク装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0386847A3 (ja) |
| JP (1) | JPH0678783B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU619923B2 (en) * | 1988-11-17 | 1992-02-06 | Leslie Macintyre Reimers | A pedal arm |
| JPH03126784U (ja) * | 1990-04-04 | 1991-12-20 | ||
| GB9714719D0 (en) * | 1997-07-14 | 1997-09-17 | Univ Montfort | Motion producing mechanism and fitness machine incorporating same |
| FR2782546B1 (fr) * | 1998-08-24 | 2001-03-02 | Michel Aristide Villaume | Dispositif mecanique pour modifier la trajectoire generee ou recue par un mouvement rotatif |
| WO2001030642A1 (en) * | 1999-10-28 | 2001-05-03 | Idea Bank Network Co., Ltd. | Variable crank-shaft device for driving a bicycle |
| BE1013772A5 (nl) * | 2000-02-09 | 2002-08-06 | Jeugt Julien V D | Tandwielmechanisme met regelbare pedaalsteunen voor fietsen e.d. |
| WO2002029280A1 (en) * | 2000-10-06 | 2002-04-11 | Peter Bortolin | Power transmission apparatus |
| WO2004029481A1 (en) * | 2002-09-30 | 2004-04-08 | Peter Bortolin | Power transmission apparatus |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4236416A (en) * | 1978-09-28 | 1980-12-02 | Barcita Jose M | Power transmission |
| WO1986007115A1 (en) * | 1985-05-24 | 1986-12-04 | Robert Alan Cooper | Crankshaft crank |
| FR2606358A1 (fr) * | 1986-08-29 | 1988-05-13 | Reslinger Robert | Modification de pedalier de cycle |
-
1989
- 1989-07-21 JP JP18979789A patent/JPH0678783B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-03-06 EP EP19900200521 patent/EP0386847A3/en not_active Withdrawn
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0320147A (ja) | 1991-01-29 |
| EP0386847A3 (en) | 1991-06-26 |
| EP0386847A2 (en) | 1990-09-12 |
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| AU637675B2 (en) | Crank mechanism | |
| US1326129A (en) | Internal-combustion engine | |
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