【発明の詳細な説明】
クランク機構
本発明は内燃機関用のクランク機構に関する。
在来の或る内燃機関は、クランクシャフトを使用してピストンの往復運動を出
力トルクに変換して車両を推進したりその他の負荷に作用したりする。クランク
シャフトは、燃料の燃焼から利用することのできる動力を利用可能な出力トルク
に変換するには効率的でない。それは、燃料と空気との混合気の燃焼がピストン
のほぼ上死点（ＴＤＣ）位置で生じるからである。従って、クランクピンだけで
なくてクランクシャフトの主軸受けに周期的に大きなストレスがかかることにな
る。しかし、より重要なことは、在来のリングギヤを備えた内燃機関では、ピス
トンがＴＤＣ又は下死点（ＢＤＣ）にあるときには連接棒とクランクピンとが実
際上一直線をなすためにクランク円に正接する力の成分が無いので、点火された
混合気の圧力の力はトルクを生じさせることができない。その結果として、利用
可能なエネルギーの大半が熱として失われる。クランクシャフトをこれら２つの
死点位置を通過させるのに必要なトルクは、内燃機関のフライホイールの慣性か
ら供給される。更に、回転モーメントが最大になるＴＤＣを殆ど９０°越えてク
ランクシャフトが回転するときまでにピストンの力は大幅に低下するので、その
結果としてのトルクは割合に小さい。
私の国際特許出願ＷＯ９１／１０８４８は内燃機関用のクランク機構を開示し
ており、このクランク機構はシリンダーと、このシリンダー内で往復運動するこ
とのできるピストンと、回転可能なシャフトとからなっている。ピストンは連接
棒、ドライブリング及びトルクローブを介してシャフトと駆動可能に結合されて
いる。この連接棒は回動可能にピストンに取り付けられ、ドライブリングは連接
棒の自由端に回動可能に取
り付けられる。トルクローブは、シャフトに偏心して取り付けられ、シャフトと
ともにその軸の周囲に回転するようになっている円形の板である。ドライブリン
グは、トルクローブの外周部に拘束されて該外周部に沿って摺動可能であり、ド
ライブリングは閉じた経路を回って動くように束縛されていて、そのためにピス
トンの直線運動がトルクローブの回転運動に変換され、またその逆の変換も行わ
れることになる。ドライブリングは、トルクローブに隣接する関連のカムトラッ
ク手段と係合するカム従動子手段を備えており、このカム従動子手段とカムトラ
ック手段とは、ドライブリングが閉じた経路を回って動くようにドライブリング
を束縛するための手段を構成する。
このクランク機構の欠点はカムトラック手段とカム従動子手段とを必要とする
ことであり、これが設計を複雑にする。更に、この機構は、トルクローブが吸気
行程の終了時にＢＤＣで逆方向に回転するのを防止するための逆転防止装置を必
要とする。
本発明は内燃機関用のクランク機構を提供するものであり、このクランク機構
は、シリンダと、このシリンダ内で往復運動可能なピストンと、回転可能なシャ
フトとからなり、該ピストンは、連接棒と、ドライブリングとトルクローブとを
介してシャフトと駆動可能に結合されており、該連接棒は該ピストンに回動可能
に取り付けられ、該ドライブリングは該連接棒の自由端に堅固に取り付けられ、
該トルクローブは、該シャフトに偏心して取り付けられて該シャフトとともにそ
の軸の周囲に回転するようになっている円形の板であり、該ドライブリングは、
該トルクローブの外周部の周りに回転可能に滑りばめする環状のスリーブであり
、該ピストンの軸はアウトプットシャフトの中心に関してオフセットしており、
ピストンの直線運動がトルクローブの回転運動に変換されるとともにその逆の変
換が行われる。
この機構は、カムトラック／カム従動子手段や逆転防止装置を必要としないと
いう長所を持っており、私の以前のクランク機構より単純で信頼できる機構であ
り、なお良好なトルク特性を持っている。
本発明は、複数のシリンダと、該シリンダーの各々の中で往復運動可能なピス
トンと、回転可能なシャフトとからなる内燃機関用のクランク機構も提供するも
のであり、該ピストンの各々は、それぞれの連接棒と、それぞれのドライブリン
グとそれぞれのトルクローブとを介して該シャフトと駆動可能に結合しており、
各連接棒は、関連するピストンに回動可能に取り付けられ、各ドライブリングは
、関連する連接棒の自由端に堅固に取り付けられており、各トルクローブは、シ
ャフトに偏心して取り付けられてシャフトとともにその軸の周囲に回転するよう
になっている円形の板であり、各ドライブリングは、関連するトルクローブの外
周部の周りに回転滑りばめする環状のスリーブであり、各ピストンの軸はアウト
プットシャフトの中心に関してオフセットしており、ピストンの直線運動がトル
クローブの回転運動に変換されるとともにその逆の変換が行われる。
ドライブリングは、関連するトルクローブの外周部に転動ばめされるのが好ま
しい。この場合、ドライブリングは、それぞれの転動体軸受けによって関連する
トルクローブの外周部に取り付けられ、よって該転動体及び該トルクローブは同
じ方向に回転し、トルクローブの回転モーメント及びクランク機構の回転モーメ
ントが増大する。
ピストンの軸は、関連するピストンの行程のほぼ半分に相当する距離だけアウ
トプットシャフトの軸からオフセットしているのが有利である。
好ましい実施例では、連接棒は主連接棒と少なくとも１つの補助連接棒とから
なり、補助連接棒は主連接棒に摺動可能に取り付けられて主連
接棒に対して相対的に軸方向に運動し得るようになっており、関連するピストン
は補助連接棒に取り付けられ、主連接棒は関連するドライブリングに取り付けら
れている。補助連接棒のそれぞれの対は主連接棒と関連し合っており、その対の
補助連接棒は、関連する主連接棒の各側に１つずつ位置していて、主連接棒に形
成された軸方向スロットと補助連接棒から突出して該スロットを貫通するピンと
によって該主連接棒に摺動可能に取り付けられていることが好ましい。補助連接
棒は、関連するトルクローブに取り付けられたカムと関連し合うことができる。
主連接棒と関連する補助連接棒が２つある場合には、２つの関連するカムは関連
するトルクローブの両側に取り付けられる。
関連するピストンの爆発行程における運動の始めの９０°にわたって関連する
補助連接棒の自由端と係合するカム駆動面を該カムに形成し、これにより回転モ
ーメントを前記カムに、従って前記カムに且つ前記トルクローブに作用させるの
が好ましい。関連するピストンの排気行程における運動中に、且つ前記ピストン
の圧縮行程における運動の最後の９０°にわたって、関連する補助連接棒の自由
端に係合する戻しカム面を該カムに形成することができる。
関連するピストンの吸気行程中に関連する補助連接棒をそのカムと接触しない
状態に保つバネを更に該機構に設けると有利である。
主連接棒と平行に延びるように補助連接棒を設けると、該クランク機構が更に
改善する。爆発行程において始めの９０°の運動の際にピストンが関連するカム
を介して大きな回転モーメントをアウトプットシャフトに作用させるからである
。この回転モーメントは出力曲線に密接に調和するので、出力を最大にする。次
に該機構は爆発行程の２番目の９０°の運動中に前記の配置に戻り、そのシステ
ムの利点を利用する。バネを含むカム装置には、動作が滑らかで、補助連接棒を
リセットするとい
う利点がある。また、これは、回転する質量とバネのコンプライアンスとによっ
て、特定の回転速度でシステムの効率が非常に高くなるような共振が生じ得るよ
うな状態を作り出す。
６個のシリンダーを３個ずつ２列に配置し、各列中のシリンダーを平らな星形
に排列するのが好都合である。その場合には、３個のシリンダーからなる各列に
関連する３個のトルクローブの全てを、アウトプットシャフトの中心と前記トル
クローブの中心とを結ぶ線が互いに１２０°の角度をなすようにアウトプットシ
ャフトに取り付けることができる。
次に、添付図面を参照して実例を取り上げて本発明を詳しく説明する。
添付図面において、
図１は、本発明の原理を図解する簡単な形の内燃機関の一部を断面図として示
す略立面図である。
図２は、図１の内燃機関の一部を切り欠いて示す略斜視図である。
図３ａないし３ｄは、図１及び２の内燃機関の動作の種々の段階を示す図であ
る。
図４ａないし４ｅは、図１及び２の内燃機関でトルクがどのように改善される
かを示す図である。
図５は、改造された図１及び２のクランク機構が組み込まれている内燃機関の
斜視図である。
図６は、図５のクランク機構の側面図であり、連接棒をより詳しく示す。
図７は、図１及び２のクランク機構を組み込んだ内燃機関の実用的な形の平面
図である。
図面を参照すると、図１及び２は簡単な形の内燃機関を示している。
この内燃機関は単一のシリンダー１を有し、その中でピストン２が往復運動し得
るようになっている。このピストンとシリンダーとからなる装置１、２は、参照
符Ｖで包括的に指示されている在来のバルブ装置を有し、ガソリン、ディーゼル
油又はその他の使用可能な燃料から動力を発生させる。連接棒３がピストン２に
回動可能に取り付けられており、この連接棒は、ドライブリング５及びトルクロ
ーブ６を介してアウトプットシャフト４を回転可能に駆動する。連接棒３はドラ
イブリング５に堅固に固定されている。トルクローブ６は円形の板から成り、シ
ャフト４に偏心して取り付けられている。図１及び３に良く示されているように
、ピストン２の軸はアウトプットシャフト４の中心に関してオフセットしている
。即ち、ピストンの動作線はアウトプットシャフトの中心を通らない。
図２に良く示されているように、ドライブリング５は、トルクローブ６が回転
するときにトルクローブ６の周りを滑り動くことのできる環状のスリーブである
。ドライブリング５は、玉軸受け７の外側レース８に取り付けられたリング（図
示せず）に取り付けられており、この軸受けの内側レース９はトルクローブの外
周縁に取り付けられている。玉軸受けの代わりにころ軸受けを使用することがで
きる。
図１及び２の１シリンダー機関の動作について、図３ａないし３ｄを参照して
説明をする。ピストン２が最初にＴＤＣにある４ストローク・サイクルの動作を
説明することから動作サイクルを良く理解することができる。この位置では（図
３ａを参照）、ピストン２は圧縮行程をちょうど終えたところであり、ＴＤＣの
直前に点火が行われている。点火爆発により生じた膨張するガスがピストン２を
シリンダー１内で急速に押し下げ、そのために連接棒３とドライブリング５とが
トルクローブ６を図３ｂの位置へ回転させる。ピストン２のこの動きは機関の爆
発行程で
ある。トルクローブ６の更なる回転によりピストン２はＢＤＣを通過するが（図
３ｃを参照）、ここでバルブ装置（この図には示されていない）の適切な動作に
より、消費されたガスが機関から排出される。アウトプットシャフト４上のトル
クローブ６及び／又はフライホイール（図示せず）の運動量により、ピストン２
は上方へ運動して図３ｄに示されている位置を通過してＴＤＣへ向かう。ピスト
ン２がＴＤＣを通過した後、フライホイールの運動量によってピストン及びドラ
イブリング５は押し下げられて吸気行程に入る（図３ａ及び３ｂを参照）。
ピストン２がＢＤＣを通過すると、トルクローブ６及び／又はフライホイール
の運動量によりピストン２は上方へ移動して圧縮行程に入る（図３ｃ及び３ｄを
参照）。するとピストン２、ドライブリング５及びトルクローブ６は図３ａに示
されている位置に入り、再び動作サイクルが始まる。
この４行程の間、ドライブリング５はトルクローブ６の回転に２回追随するよ
うに束縛され（図６ａを参照）、ピストン２のＴＤＣ位置は、ピストンの行程の
長さの半分に等しい距離だけ、又は入力エネルギーの特性に釣り合うように選ば
れた距離だけ、シャフト４の軸からオフセットしている。そのために、図４ａな
いし４ｅを参照して次に説明するように、下降するピストン２の回転軸（シャフ
ト４の軸）の周りのモーメントを増大させることにより機関が発生させるトルク
が増大する。
図４ａないし４ｅは、図１及び２の機関でトルクが改善される理由の基礎をな
す原理を示す。図４ａは在来の玉軸受けを示しており、この軸受けは通常はその
内側リング１２又は外側リング１３を保持されて該軸受け自体の幾何学上の軸１
１の周りに回転する。しかし、もし外来の力Ｆ（図４ｂを参照）が外側リング１
３に加わって軸受け１０を回転させたとすると、この力は２リンク・メカニズム
を生じさせ、軸受け１０の
玉１４は、自分自身の軸の周りに、内側リング１２が回転する方向とは逆の方向
に、外側リング上で回転する（外側リングは自由に回転することはできない）。
外来の力Ｆと玉１４の回転との複合効果により、ボールケージ（図示せず）の回
転円の中心は、玉の半径に等しい量Ｘ（図４ｃを参照）だけ移動する。
この理論を在来のクランク機構１５に適用すると（図４ｄを参照）、クランク
ピン１６が矢印Ａの方向に回転することが分かるが、この方向は、機構１５のア
ウトプットシャフト１７の回転方向Ｂとは反対の方向である。従って、アウトプ
ットシャフト１７は、軸受けの玉の回転する方向Ｃとは反対の方向に回転する。
従って、ボールケージの回転円の中心がシフトする結果となるために（このシフ
トは図には示されていない）、クランク半径（即ち、クランクピン１６の中心と
アウトプットシャフト１７の中心との間の距離）に対する玉の半径の比だけアウ
トプットシャフトの全体としての回転モーメントが減少することになる。しかし
、この原理を図１及び２のトルクローブ機構に適用すると、アウトプットシャフ
ト４（図４ｅを参照）は、トルクローブ６が回転する方向Ａと同じ方向Ｂに回転
する。よって、アウトプットシャフト４は、軸受け７の玉が回転する方向Ｃと同
じ方向に回転する。従って、玉の回転円の中心のシフト（図示せず）は、トルク
ローブの中心とアウトプットシャフトの中心との間の距離に対する玉の半径の比
（即ち回転モーメント）だけアウトプットシャフト４の全体としての回転モーメ
ントを補助する。そのために、ピストン２はアウトプットシャフト４の中心に関
してオフセットしているので、トルクローブ６に加わる力が連接棒３の軸とピス
トンの軸との間の角度の余弦の逆数（セカント）だけ増大して全体が改善される
。
明らかに、与えられたトルクローブ回転モーメントについて軸受けの
玉の直径が大きいほど、機関からの総出力が技術的限度内で大きくなる。
図５は、図１及び２のクランク機構の改造形を取り入れた内燃機関を示す。こ
の機関は、図１及び２のクランク機構を取り入れた機関と比ベると回転モーメン
トが更に大きくなっている。この改造形のクランク機構は図１及び２のそれと類
似しているので、同様の部分には同じ参照符が使用されており、改造部分のみに
ついて詳しく説明をする。図５の実施例の連接棒３は１対の補助連接棒２１を備
えており、この補助連接棒は、該補助連接棒から突出して主連接棒に形成された
軸方向スロット２３ａ及び２３ｂを貫通するピン２２ａ及び２３ａにより、主連
接棒に対して平行に動くように束縛されている。上側のピン２２ａは、補助連接
棒２１をピストン２に結合させるピストンピンである。下側のピン２２ｂは、ド
ライブリング５と堅固に結合している主連接棒３に対して補助連接棒２１が平行
となるように補助連接棒２１を束縛する。
２つの外付けカム２４が設けられていて、トルクローブ６の両側に取り付けら
れている。各カム２４は、湾曲した駆動面２４ａと湾曲した戻り面２４ｂとを有
し、これらの面は頂部２４ｃで合しており、該駆動面と該戻り面との間のカムの
部分は非作用カム面２４ｄを構成している。図６に示されているように、頂部２
４ｃはＴＤＣにおけるピストン２の運動の軸と一致している。ピストン２は、そ
の爆発行程の開始時にはＴＤＣに位置する。シリンダ−１内の圧力がピストン２
を押し下げ、補助連接棒２１をカム２４の傾斜した駆動面２４ａに沿って駆動す
る。相当の回転モーメントがこれらのカム面２４ａに作用し、それがトルクロー
ブ６、カム２４、軸受け７及びドライブリング５を回転させる。
トルクローブ６及び付属装置がＴＤＣを約９０°過ぎた位置に来ると、ピン２
２ａ及び２２ｂはスロット２３ａ及び２３ｂの下端に到達する
。ここで、カム面２４ｄは逃げていて、補助連接棒２１はカム２４に対して最早
力を作用させない。この力は、今、ピン２２ａ及び２２ｂとスロット２３ａ及び
２３ｂの下端との係合により主連接棒３に伝達される。この機構は、今は、爆発
行程の残りの９０°にわたって、図１及び２に示されている機構として振る舞う
。この点（ＴＤＣから９０°過ぎた点）で補助連接棒２１が作用させる回転モー
メントは主連接棒３が作用させることのできる回転モーメントより小さくなって
いるために、カム２４からドライブリング５及びトルクローブ６へのこの力の伝
達が必要である。これにより、爆発行程における回転モーメントが全体として極
めて大きくなる。
爆発行程が完了すると、ピストンは排気行程の出発位置（ピン２２ａ及び２２
ｂはスロット２３ａ及び２３ｂの上端にある）に戻らなければならない。カム２
４の戻り面２４ｂはこの機能を提供し、カム２４により補助連接棒２１が押し上
げられて全てが爆発行程の開始時と同じ位置に戻ることを可能にする。機関は、
ＴＤＣを越えて回転し続けて、吸気行程を開始し、吸気弁が開き、ピストンは下
降する。部分真空がシリンダー１内に生じて、ピン２２ａ及び２２ｂがスロット
２３ａ及び２３ｂの上端に保持されることとなるように補助連接棒２１及びピス
トン２を保持する。このようにしなければ補助連接棒及びピストンが吸気行程の
始めの９０°にわたって加速されたために獲得した惰性によって生じるはずの補
助連接棒とカム２４との物理的接触を防止するために、ピストン２と補助連接棒
２１とをこの位置に保持する必要がある。バネ２５（各補助連接棒に一つずつ）
は、ピン２２ａ及び２２ｂが吸気サイクルの１８０°の回転にわたってスロット
２３ａ及び２３ｂの上端に存在することとなる位置に補助連接棒２１及びピスト
ン２を保持する機能を提供する。このために、バネ２５が設けられていなければ
ピストン２及び補
助連接棒２１の降下によって生じるかも知れない吸気行程の増大が確実に防止さ
れる。
吸気行程が完了すると圧縮行程が始まる。トルクローブ６がＢＤＣを通過する
と、シリンダー１内で強まる圧縮により補助連接棒２１及びピストン２が徐々に
降下させられる。ＴＤＣまで約９０°で、補助連接棒２１はカム２４の戻り面２
４ｂに接触して、その後はこのカム面上でＴＤＣへ持ち上げられて次の爆発行程
に入る。
明らかに、バネ２５がこの機構に設けられたために爆発行程中に或る程度のエ
ネルギーが蓄えられるけれども、そのエネルギーは、排気行程時に、該バネが静
止位置に戻るのでシステムに戻される。
補助連接棒２１及びピストン２は主連接棒３に対して相対的に自由に動けるの
で、爆発行程が５０％増大する。ピン２２ａ及び２２ｂがスロット２３ａ及び２
３ｂの上端に位置するようにバネ２５が補助連接棒２１を保持するので、吸気行
程時にはこの余分の運動は生じない。このことは、在来の機関においてＢＤＣの
約２０°−３０°手前で排気弁が開くときに放出されていた圧力を利用して回転
モーメントを生じさせ、これにより、より多くのエネルギーを排気熱にではなく
出力に使い切ることが可能となることを意味する。
明らかに、図１及び２の機関は在来の機関のそれより相当大きな平均トルクを
発生させるけれども、図５の機関はもっと改善されている。要約すると、本発明
のクランク機構のトルクローブ装置は、玉の回転モーメントを利用し、またピス
トンのオフセットが「モーメントカーブ」を「圧力カーブ」に密接に調和させる
ので、往復運動を出力トルクに変換するプロセスの機械的効率を大いに高める。
図７は、図１及び２のクランク機構を取り入れた内燃機関の実用的な形を示し
ており、この機関は、それぞれのトルクローブ３６に各々作用
する３個のシリンダー３１の列を２つ（そのうちの１つだけが見えていて、他方
はその直ぐ後ろにある）有する。各シリンダー３１は、それぞれのピストン３２
、連接棒３３及びドライブリング３５を有し、そのトルクローブ３６は共通のア
ウトプットシャフト３４に偏心して取り付けられている。それぞれのドライブリ
ング３５がそれぞれのころ軸受け３７の外側レースに取り付けられたリング（図
示せず）に取り付けられており、その内側レースは、関連するトルクローブ３６
の外周縁に取り付けられている。各ドライブリング３５は、それと関連する連接
棒３３に堅固に取り付けられている。各列のトルクローブ３６は、相互に堅固に
取り付けられるとともにアウトプットシャフト３４に堅固に取り付けられて一緒
に回転する。シリンダー３１の各列は、平らな星形の構成であり、アウトプット
シャフト３４は紙面垂直方向奥側のギヤボックス（図示せず）に対して作用する
。６個のシリンダー３１は、１４２５３６の順に燃焼するように排列されている
。これは、排気行程及び圧縮行程の両方においてスパークを開始させるためのデ
ィストリビューター（図示せず）を必要とし、そのディストリビューターを歯車
装置無しでアウトプットシャフト３４から直接駆動することを可能にする。４ス
トローク機関に適用される場合、装置全体は、運動量を保存するために慣性（ト
ルクローブの質量が供給する）を必要とする。互いに正反対に向かい合うシリン
ダー同士が一緒に燃焼するように２列のシリンダー３１を排列することによって
ピストン３２の振動する質量を釣り合わせることができる。
明らかに、図７の機関は、図１及び２のクランク機構の代わりに図５及び６の
クランク機構を取り入れることもできる。
上記したいずれのクランク機構にも、関連する機関の全体としての効率を向上
させることによって熱の形のエネルギーのロスを相当減少させ
、従って機関を冷却する必要を少なくすることができる（或いはその必要をなく
することさえできる）という特別の利点がある。そのために、冷却ファン、ウォ
ータポンプ、ウォータジャケット、及びラジエータ等の部品の必要性をなくする
ことにより、関連する車両の全体としての重量を軽くすることができるので、車
両を推進する効率が更に向上することとなる。
上記した各々のクランク機構のクランクシャフトの長さは在来のクランクシャ
フトの長さより短いので、現在受け入れられているあらゆる多シリンダー構成、
即ちラジアル型、ストレート型、フラット型及びＶ型のいずれにもこのクランク
機構を使用することができる。この型の機構は、随意の適当な数のシリンダーに
も使用し得るものである。
上記の機関のいずれも、２ストロークサイクルで動作させることもできる。本
発明のクランク機構は、例えば蒸気機関などの、他の形の往復機関にも組み込む
ことのできるものである。明らかに、このようなクランク機構は、インプットシ
ャフトの回転運動をシリンダー内のピストンの往復運動に変換するためのポンプ
の一部分を形成することもできる。そのようなポンプの効率は、在来のクランク
付き装置よりはるかに良いであろう。実際、本発明のクランク機構は、如何なる
形の往復／回転又は回転／往復装置においても、如何なる１シリンダー又は多シ
リンダー構成でも、適宜の如何なる燃料でも、顕著な利点をもって使用され得る
ものである。
カム及びバネを使用する図５及び６の機関は、その「共振振動数」で動作する
定速機関に特に適しており、電気推進自動車用の「機上」機関として使用するこ
とができ、その場合には自動車が走っているときに自動車のバッテリーを交換す
るために該機関を非常に効率的に使用することができる。
【手続補正書】特許法第１８４条の８
【提出日】１９９５年１０月２４日
【補正内容】
（補正書２頁の訳文）
内燃機関用のクランク機構を開示しており、このクランク機構はシリンダーと、
このシリンダー内で往復運動することのできるピストンと、回転可能なシャフト
とからなっている。ピストンは連接棒、ドライブリング及びトルクローブを介し
てシャフトと駆動可能に結合されている。この連接棒は回動可能にピストンに取
り付けられ、ドライブリングは連接棒の自由端に回動可能に取り付けられる。ト
ルクローブは、シャフトに偏心して取り付けられ、シャフトとともにその軸の周
囲に回転するようになっている円形の板である。ドライブリングは、トルクロー
ブの外周部に拘束されて該外周部に沿って摺動可能であり、ドライブリングは閉
じた経路を回って動くように束縛されていて、そのためにピストンの直線運動が
トルクローブの回転運動に変換され、またその逆の変換も行われることになる。
ドライブリングは、トルクローブに隣接する関連のカムトラック手段と係合する
カム従動子手段を備えており、このカム従動子手段とカムトラック手段とは、ド
ライブリングが閉じた経路を回って動くようにドライブリングを束縛するための
手段を構成する。
このクランク機構の欠点はカムトラック手段とカム従動子手段とを必要とする
ことであり、これがデザインを複雑にする。更に、この機構は、トルクローブが
吸気行程の終了時にＢＤＣで逆方向に回転するのを防止するための逆転防止装置
を必要とする。
本発明は、シリンダーとクランク機構とからなる機関を提供するものであり、
このクランク機構は、このシリンダ内で往復運動可能なピストンと、回転可能な
シャフトとからなり、
（補正書５頁から６頁までの訳文）
ピストンの吸気行程中に関連する補助連接棒をそのカムと接触しない状態に保
つバネを、該補助連接棒と関連させて更に該機構に設けると有利である。
主連接棒と平行に延びるように補助連接棒を設けると、該クランク機構が更に
改善する。爆発行程において始めの９０°の運動の際にピストンが関連するカム
を介して大きな回しモーメントをアウトプットシャフトに作用させるからである
。この回しモーメントはパワーカーブに密接に調和するので、出力を最大にする
。次に該機構は爆発行程の２番目の９０°の運動中に前記の配置に戻り、そのシ
ステムの利点を利用する。バネを含むカム装置には、動作が滑らかで、補助連接
棒をリセットするという利点がある。また、これは、回転する質量とバネのコン
プライアンスとによって、特定の回転速度でシステムの効率が非常に高くなるよ
うな共振が生じ得るような状態を作り出す。
本発明は、複数のシリンダーと複数のクランク機構とからなっていて、その各
クランク機構が上記したように構成されている機関も提供する。
６個のシリンダーを３個ずつ２列に配置し、各列中のシリンダーを平らな星形
に排列するのが好都合である。その場合には、３個のシリンダーからなる各列に
関連する３個のトルクローブの全てを、アウトプットシャフトの中心と前記トル
クローブの中心とを結ぶ線が互いに１２０°の角度をなすようにアウトプットシ
ャフトに取り付けることができる。
次に、添付図面を参照して実例を取り上げて本発明を詳しく説明する。
（補正書９頁−１１頁の訳文）
トルクローブ６の回転によりピストン２はＢＤＣを通過するが（図３ｃを参照）
、ここでバルブ装置（この図には示されていない）の適切な動作により、消費さ
れたガスが機関から排出される。アウトプットシャフト４上のトルクローブ６及
び／又はフライホイール（図示せず）の運動量により、ピストン２は上方へ運動
して図３ｄに示されている位置を通過してＴＤＣへ向かう。ピストン２がＴＤＣ
を通過した後、フライホイールの運動量によってピストン及びドライブリング５
は押し下げられて吸気行程に入る（図３ａ及び３ｂを参照）。
ピストン２がＢＤＣを通過すると、トルクローブ６及び／又はフライホイール
の運動量によりピストン２は上方へ移動して圧縮行程に入る（図３ｃ及び３ｄを
参照）。するとピストン２、ドライブリング５及びトルクローブ６は図３ａに示
されている位置に入り、再び動作サイクルが始まる。
この４行程の間、ドライブリング５はトルクローブ６の回転に２回追随するよ
うに束縛され（図６ａを参照）、ピストン２のＴＤＣ位置は、ピストンの行程の
長さの半分に等しい距離だけ、又は入力エネルギーの特性に釣り合うように選ば
れた距離だけ、シャフト４の軸からオフセットしている。そのために、図４ａな
いし４ｄを参照して次に説明するように、下降するピストン２の回転軸（シャフ
ト４の軸）の周りのモーメントを増大させることにより機関が発生させるトルク
が増大する。
図４ａないし４ｄは、図１及び２の機関でトルクが改善される理由の基礎をな
す原理を示す。図４ａは在来の玉軸受けを示しており、この軸受けは通常はその
内側リング１２又は外側リング１３を保持されて該軸受け自体の幾何学上の軸１
１の周りに回転する。しかし、もし外来の力
Ｆ（図４ｂを参照）が外側リング１３に加わって軸受け１０を回転させたとする
と、この力は２リンク・メカニズムを生じさせ、軸受け１０の玉１４は、自分自
身の軸の周りに、内側リング１２が回転する方向とは逆の方向に、外側リング上
で回転する（外側リングは自由に回転することはできない）。外来の力Ｆと玉１
４の回転との複合効果により、ボールケージ（図示せず）の回転円の中心は、玉
の半径に等しい量Ｘ（図４ｃを参照）だけ移動する。
しかし、この原理を図１及び２のトルクローブ機構に適用すると、アウトプッ
トシャフト４（図４ｄを参照）は、トルクローブ６が回転する方向Ａと同じ方向
Ｂに回転する。よって、アウトプットシャフト４は、軸受け７の玉が回転する方
向Ｃと同じ方向に回転する。従って、玉の回転円の中心のシフト（図示せず）は
、トルクローブの中心とアウトプットシャフトの中心との間の距離に対する玉の
半径の比（即ち回しモーメント）だけアウトプットシャフト４の全体としての回
転モーメントを補助する。そのために、ピストン２はアウトプットシャフト４の
中心に関してオフセットしているので、トルクローブ６に加わる力が連接棒３の
軸とピストンの軸との間の角度の余弦の逆数（セカント）だけ増大して全体が改
善される。
明らかに、与えられたトルクローブ回転モーメントについて軸受けの玉の直径
が大きいほど、機関からの総出力が技術的限度内で大きくなる。
図５は、図１及び２のクランク機構の改造形を取り入れた内燃機関を示す。こ
の機関は、図１及び２のクランク機構を取り入れた機関と比べると回転モーメン
トが更に大きくなっている。この改造形のクランク機構は図１及び２のそれと類
似しているので、同様の部分には同じ参照符が使用されており、改造部分のみに
ついて詳しく説明をする。図５の実
施例の連接棒３は１対の補助連接棒２１を備えており、この補助連接棒は、該補
助連接棒から突出するピン２２ａ及び２３ａにより、主連接棒に対して平行に動
くように束縛されている
【図４】
【手続補正書】特許法第１８４条の８
【提出日】１９９６年１月２日
【補正内容】
（補正書３頁から４頁までの訳文）
回転可能なシャフトとからなり、該ピストンは、連接棒と、ドライブリングとト
ルクローブとを介してシャフトと駆動可能に結合されており、該連接棒は該ピス
トンに回動可能に取り付けられ、該ドライブリングは該連接棒の自由端に堅固に
取り付けられ、該トルクローブは、該シャフトに偏心して取り付けられて該シャ
フトとともにその軸の周囲に回転するようになっている円形の板であり、該ドラ
イブリングは、該トルクローブの外周部の回りに回転可能な環状のスリーブであ
り、該ピストンの軸はアウトプットシャフトの中心に関してオフセットしており
、ピストンの直線運動がトルクローブの回転運動に変換されるとともにその逆の
変換が行われるようになっており、該連接棒は主連接棒と少なくとも１つの補助
連接棒とからなり、該補助連接棒は該主連接棒に対して相対的に軸方向に運動し
得るように該主連接棒に摺動可能に取り付けられており、該ピストンは該補助連
接棒に取り付けられ、該主連接棒は該ドライブリングに取り付けられており、該
補助連接棒は、該トルクローブに取り付けられているそれぞれのカムと関連して
いる。
この機構は、カムトラック／カム従動子手段や逆転防止装置を必要としないと
いう長所を持っており、私の以前のクランク機構より単純で信頼できる機構であ
り、なお良好なトルク特性を持っている。
好ましくは、ドライブリングは、転動体軸受けによってトルクローブの外周部
に取り付けられ、よって該転動体及び該トルクローブは同じ方向に回転し、トル
クローブの回しモーメント及びクランク機構の回しモーメントが増大する。
ピストンの軸は、ピストンの行程のほぼ半分に相当する距離だけアウトプット
シャフトの軸からオフセットしているのが有利である。
補助連接棒のそれぞれの対は主連接棒と関連し合っており、該補助連接棒は、
該主連接棒の各側に１つずつ位置していて、該主連接棒に形成された軸方向スロ
ットと該補助連接棒から突出して該スロットを貫通するピンとによって該主連接
棒に摺動可能に取り付けられていることが好ましい。主連接棒と関連する補助連
接棒が２つある場合には、２つの関連するカムがトルクローブの両側に取り付け
られる。
ピストンの爆発行程における運動の始めの９０°にわたって関連する補助連接
棒の自由端と係合するカム駆動面を該カムに形成し、これにより回しモーメント
を前記カムに、従って該トルクローブに作用させるのが好ましい。ピストンの排
気行程における運動中に、且つ該ピストンの圧縮行程における運動の最後の９０
°にわたって、関連する補助連接棒の自由端に係合する戻しカム面を該カムに形
成することができる。
ピストンの吸気行程中に関連する補助連接棒をそのカムと接触しない状態に保
つバネを、該補助連接棒と関連させて更に該機構に設けると有利である。
（補正書７頁の訳文）
添付図面において、
図１は、簡単な形の内燃機関の一部を断面図として示す略立面図である。
図２は、図１の機関の一部を切り欠いて示す略斜視図である。
図３ａないし３ｄは、図１及び２の機関の動作の種々の段階を示す図である。
図４ａないし４ｄは、図１及び２の内燃機関でトルクがどのように改善される
かを示す図である。
図５は、改造された図１及び２のクランク機構が組み込まれている、本発明に
従って構成された内燃機関の斜視図である。
図６は、図５のクランク機構の側面図であり、連接棒をより詳しく示す。
図７は、図１及び２のクランク機構を組み込んだ内燃機関の実用的な形の平面
図である。
図面を参照すると、図１及び２は簡単な形の内燃機関を示している。この内燃
機関は単一のシリンダー１を有し、その中でピストン２が往復運動し得るように
なっている。このピストンとシリンダーとからなる装置１、２は、参照符Ｖで包
括的に指示されている在来のバルブ装置を有し、ガソリン、ディーゼル油又はそ
の他の使用可能な燃料から動力を発生させる。連接棒３は回動可能に取り付けら
れている
（補正書１８頁−２０頁の訳文）
請求の範囲
１． シリンダーとクランク機構とからなる機関において、このクランク機構
は、このシリンダ内で往復運動可能なピストンと、回転可能なシャフトとからな
り、該ピストンは、連接棒と、ドライブリングとトルクローブとを介してシャフ
トと駆動可能に結合されており、該連接棒は該ピストンに回動可能に取り付けら
れ、該ドライブリングは該連接棒の自由端に堅固に取り付けられ、該トルクロー
ブは、該シャフトに偏心して取り付けられて該シャフトとともにその軸の周囲に
回転するようになっている円形の板であり、該ドライブリングは、該トルクロー
ブの外周部の周りに回転可能な環状のスリーブであり、該ピストンの軸はアウト
プットシャフトの中心に関してオフセットしており、ピストンの直線運動がトル
クローブの回転運動に変換されるとともにその逆の変換が行われるようになって
おり、該連接棒は主連接棒と少なくとも１つの補助連接棒とからなり、該補助連
接棒は該主連接棒に対して相対的に軸方向に運動し得るように該主連接棒に摺動
可能に取り付けられており、該ピストンは該補助連接棒に取り付けられ、該主連
接棒は該ドライブリングに取り付けられており、該補助連接棒は、該トルクロー
ブに取り付けられているそれぞれのカムと関連していることを特徴とする機関。
２． 前記ドライブリングは、それぞれの転動体軸受けによりトルクローブの
外周部に取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の機関。
３． 前記ピストンの軸は、アウトプットシャフトの軸から該ピストンの行程
のほぼ半分に等しい距離だけオフセットしていることを特徴とする請求の範囲第
１項又は第２項に記載のクランク機構。
４． １対の補助連接棒が前記主連接棒と関連しており、該補助連接棒は、該
主連接棒の各側に１つずつ配置され、該主連接棒に形成された軸方向のスロット
と該補助連接棒から突出して該スロットを貫通するピンとによって該主連接棒に
摺動可能に取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第３項
のいずれかに記載の機関。
５． 前記トルクローブに関連する２つのカムは該トルクローブの両側に取り
付けられていることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の機関。
６． 前記カムに、ピストンの爆発行程における始めの９０°の運動にわたっ
て関連する補助連接棒の自由端に係合するカム駆動面が形成されていて、これに
より回転モーメントを前記カム及び前記トルクローブに作用させるようになって
いることを特徴とする請求の範囲第４項又は第５項に記載の機関。
７． 前記カムに、ピストンの排気行程における運動中に、且つ前記ピストン
の圧縮行程における運動の最後の９０°わたって、関連する補助連接棒の自由端
に係合する戻しカム面が形成されていることを特徴とする請求の範囲第６項に記
載の機関。
８． 前記補助連接棒と関連するバネを更に備えており、このバネは、ピスト
ンの吸気行程中に関連する補助連接棒をそのカムと接触しない状態に保つように
作用することを特徴とする請求の範囲第６項又は第７項に記載の機関。
９． 複数のシリンダーと複数のクランク機構とからなっていて、各クランク
機構が請求の範囲第１項ないし第８項のいずれかに記載のごとくに構成されてい
ることを特徴とする機関。
１０． ６個のシリンダーが３個ずつ２列に配置され、各列中のシリンダーが
平らな星形に排列されていることを特徴とする請求の範囲第９
項に記載の機関。
１１． ３個のシリンダーからなる各列に関連する３個のトルクローブの全て
が、アウトプットシャフトの中心と前記トルクローブの中心とを結ぶ線が互いに
１２０°の角度をなすようにアウトプットシャフトに取り付けられていることを
特徴とする請求の範囲第１０項に記載の機関。