JPH11324602A

JPH11324602A - 往復動機械

Info

Publication number: JPH11324602A
Application number: JP17378898A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Kitamura; 修一北村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-05-06
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】ピストンピン穴のボス部外壁面とクランク軸
外壁面との最接近距離を縮小化し、連接棒の大端部との
干渉を防ぐ切欠きをシリンダーに形成し、かつピストン
―クランク機構の運動により生じる不釣り合い慣性力を
軽減する為のカウンターウエイトをクランク室の外部の
クランク軸に備えることによって往復動機械の小型化を
達成すること．【構成】ピストンピン穴のボス部５の外壁面とクラン
ク軸１０の外壁面との最接近距離をシリンダー内径の
０．４倍以下とし、連接棒７の大端部との干渉を防ぐシ
リンダー内径の０．５倍以下の幅を有する切欠き１３を
シリンダーに形成する．クランクアーム９はシリンダー
のピストンスカート端部と摺動すべき部分とは干渉しな
い大きさを有する形状とし、ピストン―クランク機構の
運動により生じる不釣り合い慣性力を軽減する為のカウ
ンターウエイトをクランク室２の外部のクランク軸に備
える様にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はピストン−クランク機構
を有し、吸入弁と排出弁とを備えた往復動機械に係わ
り、ピストンピン穴のボス部外壁面とクランク軸外壁面
との最接近距離を従来より遥かに小さくして小型化した
ものに関する．

【０００２】

【従来の技術】一般に４サイクル機関、ガス圧縮機等の
往復動機械ではピストン−クランク機構の運動による不
釣り合い慣性力を軽減する為のカウンターウエイトをク
ランク室内に備えている．この様な往復動機械の小型化
を達成する為にはピストン下死点位置におけるピストン
ピンとクランク軸との中心間距離を縮小する事が望まれ
るが、第一にピストンとカウンターウエイトとが干渉し
合う、第２に連接棒の大端部とシリンダーとが干渉し合
う等の問題を生じ、小型化には限界があった．

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】本発明の目的は、ピ
ストンピン穴のボス部外壁面とクランク軸外壁面との最
接近距離を縮小化し、連接棒の大端部との干渉を防ぐ切
欠きをシリンダーに形成し、かつピストン−クランク機
構の運動により生じる不釣り合い慣性力を軽減する為の
カウンターウエイトをクランク室の外部のクランク軸に
備える事によって往復動機械の小型化を達成するところ
にある。

【０００４】

【問題点を解決する為の手段】本発明はピストンピン穴
のボス部外壁面とクランク軸外壁面との最接近距離をシ
リンダー内径の０．４倍以下とし、連接棒大端部との干
渉を防ぐシリンダー内径の０．５倍以下の幅を有する切
欠きをシリンダーに形成し、かつクランクアームはシリ
ンダーのピストンスカート端部と摺動すべき部分とは干
渉しない大きさを有する形状とし、更にピストン−クラ
ンク機構の運動により生じる不釣り合い慣性力を軽減す
る為のカウンターウエイトをクランク室の外部のクラン
ク軸に備えた．

【０００５】

【実施例】図１は本発明による往復動機械の一実施例
で、先ず図１（イ）は往復動機械の１種である４サイク
ル機関を示し（図はオットー機関であるが、ディーゼル
機関でも良い）、クランクピン８をしっかりと支持する
クランクアーム９を有するクランク軸１０，及びクラン
クピン８とピストンピン４とを連結する連接棒７を備
え、シリンダー１内に流体（混合気）を吸入する吸入弁
１１とシリンダー内の流体（既燃ガス）を排出する排出
弁１２とを有している。吸入弁１１は図２（イ）の如く
歯車によりクランク軸１０の回転の１／２に減速されて
回転するカム１７，このカム１７により駆動されるリフ
ター１８，プッシュロッド１９，ロッカーアーム２０に
より開閉される（排出弁１２も同様に駆動される）。吸
入弁１１が開く吸入行程では気化器等により生成された
混合気がシリンダー１内に吸入されるが、この混合気は
吸入弁１１，排出弁１２が閉じる圧縮行程で圧縮され、
上死点付近で点火されて燃焼し、爆発力を発生する。膨
張行程後に仕事を終えた既燃ガスは排出弁１２が開くと
ピストン３により排出され（排出行程）、かくして動力
を発生する。尚、本往復動機械はＡ−Ａ′線で分割さ
れ、各々ボルトにより締結されている．本発明では図１
（ロ）の如くピストンピン穴のボス部外壁面とクランク
軸外壁面との最接近距離ｌ（下死点における距離）を非
常に小さくして小型化を徹底追求している．即ち、一般
にはシリンダー内径をＤとするとピストンスカート高さ
Ｌ≒０．５・Ｄ，ピストンピン穴のボス径＝０．３８・
Ｄとして与えられる（内燃機関，Ｖｏｌ１６，Ｎｏ１９
３，臨時増刊，ｐ３０），従ってピストンスカート端部
とクランク軸外壁面との干渉防止の為の余裕ＳをＤ＝４
０ｍｍクラスで２ｍｍとするとＳ＝０．０５・Ｄである
から、ｌ＝Ｌ− ０．３８・Ｄ／２＋Ｓ＝０．３６・
Ｄとなる。実際はＬ＝（０．５±０．１）・Ｄと幅があ
る為、ｌ＝０．４・Ｄとすることとする。本発明ではピ
ストンスカート端部とクランク軸外壁面との干渉がない
範囲内での一般的な限界という意味で前記ｌの値を０．
４・Ｄ以下としているところに特徴がある．図１（イ）
の実施例は本発明を極限にまで追求したもので、ピスト
ン３のスカート端部にクランク軸１０がくい込むのを許
す切欠き６を形成し（切欠き６により両者の干渉はな
い）、ピストンピン穴のボス部外壁面とクランク軸外壁
面との最接近距離ｌを非常に小さく（例えば２ｍｍ）し
ている（Ｂ−Ｂ′線断面図を示した図２（イ）参照−図
は下死点位置で示す）。更に連接棒７の大端部との干渉
を防ぐ切欠き１３をシリンダー１に形成してあるが、Ａ
−Ａ′線断面を示す図２（ハ）の如く連接棒大端部の両
端部は切欠き１３内で各々２ｍｍ位の間隙が必要であ
り、一方切欠き１３の幅Ｗが過大であるとピストンスカ
ート部とシリンダーとの接触面積が少なくなって振動・
打音を生じさせる恐れがある．この様な事情を鑑み、本
発明では切欠き１３の幅Ｗをシリンダー内径の０．５倍
以下とした（より好ましくは０．４倍以下が良い）．ク
ランクアーム９はシリンダー１のピストンスカート端部
と摺動すべき部分とは干渉しない大きさを有する形状と
してある（両者の干渉を許す構造とすると、下死点位置
でピストンスカート部とシリンダーとの接触面積が少な
くなって、振動・打音発生の原因となる）。本発明では
クランク軸１０とピストン３とが非常に接近し、従来の
様にクランクアームの反対側にカウンターウエイトを装
着する事ができない為（極く小さいものであれば装着は
できるが）、図２（イ）の如くピストン−クランク機構
の運動により生じる不釣り合い慣性力を軽減する為のカ
ウンターウエイト２２，２４をクランク室２の外部のの
クランク軸に備える様にした．一般にはクランク軸１０
の両端部には冷却用ファン２１とリコイルプーリー２３
とが装着されるから、カウンターウエイト２２，２４は
各々に直接固定するか、内蔵させる構成とする。再び図
１（イ）に戻って連接棒７は大端部がクランクピン８へ
の組付けの関係から二分割され、各々はボルトによって
しっかりと締結され、本発明では連接棒長さ（大端部と
小端部との中心間距離）とクランク半径との比が小さい
為、往復慣性重量を減らして二次振動を抑制する必要
上、Ａｌ合金等の軽合金製連接棒が望ましい。各軸受部
は転がり軸受を用いる事もできる。クランク軸の支持方
法については図２（ロ）の如く片持ち支持とする事も考
えられ、この場合、連接棒７の組付けは一方のクランク
アームがない為、極めて容易であり、大端部を二分割す
る必要はなく、一体型で良い。Ｃ−Ｃ′線断面を図２
（ニ）に示すが、既述の様に連接棒７の大端部との干渉
を防ぐシリンダー内径の０．５倍以下の幅を有する切欠
き１３が形成されている．２５はピストン−クランク機
構の運動により生じる不釣り合い慣性力を軽減する為の
カウンターウエイトである．但し、ピストン３とカウン
ターウエイト２５との中心間距離ｈに起因する偶力モー
メントの発生が避けられない為、ピストン側から見てカ
ウンターウエイト２５の外側に図３（ニ）の如くもう１
つのカウンターウエイト（これが発生する慣性力をｆ_２
とする）を備える事が望ましい．ｆ_１はピストン−クラ
ンク機構が発生する慣性力、ｆ_３はカウンターウエイト
２５の慣性力で、これらの釣り合わせ方は公知であるの
で、省略する。次に図２（ハ）では何らかの理由があれ
ば、図３（イ）の如くクランクアーム９のクランクピン
近傍の部分が回転に従って切欠き１３内に嵌り込んで来
る構成であっても良い（この部分は連接棒７の位置決め
に使う）。又、図２（ハ）においてクランク軸中心から
クランクピン外周面までの最短距離ｒを一定にしつつ図
３（ロ）の如くクランクピン８の一部がシリンダー内周
面に相当する部分を越えてクランク軸を中心に回転する
様に構成すると（クランクピン直径を増す）、クランク
ピン８とクランク軸１０との中心間距離（クランク半
径）が増加するから、同一排気量であれば小型化する事
ができる．以上は図２（ニ）にも同様に適用される。本
発明では図３（ハ）の如くピストンピン穴のボス部５に
クランク軸との干渉を防ぐ切欠き２６を形成すれば、ピ
ストンピン穴のボス部外壁面とクランク軸外壁面との最
接近距離を更に短縮できるから、一段と小型は進む．図
４はクランク軸１０の軸心をシリンダーの軸心から偏心
させたもので（模式的に描いた）、図示の如くスラスト
側へ偏心させる事によりピストン側面に働くスラストを
減少させ、磨耗と摩擦力を軽減する事ができる．本発明
の様に連接棒の長さが短かい場合は特に有効である。以
上、本発明においては往復動機械が４サイクル機関であ
るとして説明して来たが、流体を昇圧する圧縮機（例え
ば空気圧縮機）である事も考えられ、これを図１（ハ）
に示す。ピストン３の下降行程では吸入弁１４（リード
弁式）が開いてシリンダー１内に流体を吸入し、ピスト
ン３の上昇行程では排出弁１５（リード弁式）を開いて
昇圧された流体を排出する。図１（ハ）では本発明を図
１（イ）と全く同様に適用されるので、説明は省略する
が、図２，３，４で説明した各実施例も同様に適用され
る事は言うまでもない。尚、本発明は多気筒往復動機械
にも適用され、直列型、Ｖ型、水平対向型が考えられる
ものである．

【０００６】

【発明の効果】本発明ではピストンピン穴のボス部外壁
面とクランク軸外壁面との最接近距離ｌをシリンダー内
径の０．４倍以下とした。従来はこの様な構成とする
と、第１に連接棒の大端部がシリンダーと干渉する、第
２に不釣り合い慣性力を軽減する為のカウンターウエイ
トがピストンと干渉すると言った問題を生じ、本発明の
構成は不可能と考えられた．否、むしろ本発明のこの構
成は最初から死角にあったと考えた方が良い．これに対
し本発明では思い切った発想をし、第１の点に関しては
連接棒７の大端部との干渉を防ぐ切欠き１３をシリンダ
ーに形成する事で解決した（この場合、切欠き１３を形
成しない単純な発想で両者の干渉を防ごうとすればクラ
ンク半径を非常に小さくしなければならず、実用からは
ほど遠い）。即ち、切欠き１３を形成してクランク半径
を大きくする工夫が為されている．しかも前記切欠き１
３の幅をシリンダー内径の０．５倍以下とした工夫があ
るから、ピストンスカート部は広い面積でシリンダーと
接触し、振動・騒音の発生は低い。第２の点に関しては
不釣い合い慣性力を軽減する為のカウンターウエイトを
既成概念にとらわれる事なくクランク室２の外部のクラ
ンク軸上に備えた．図１（イ）のものはピストン直径が
４０ｍｍ，クランク半径が２４ｍｍ，排気量が３０ｃｃ
のものであるが、同一排気量の従来と比較するとピスト
ン直径は５ｍｍ大である一方、全高は３５ｍｍ減少す
る。以上の様に本発明によれば往復動機械の大幅な小型
化が可能となる．

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による往復動機械の断面図である．

【図２】本発明による往復動機械、特に４サイクル機関
の図である．

【図３】本発明における各実施態様の模式図である．

【図４】クランク軸を偏心させた往復動機械の模式図で
ある．

【符号の説明】

１はシリンダー、２はクランク室、３はピストン、４は
ピストンピン、５はピストンピン穴のボス部、６は切欠
き、７は連接棒、８はクランクピン、９はクランクアー
ム、１０はクランク軸、１１は吸入弁、１２は排出弁、
１３は切欠き、１４は吸入弁、１５は排出弁、１６は主
軸受、１７はカム、１８はリフター、１９はプッシュロ
ッド、２０はロッカーアーム、２１は冷却用ファン、２
２・２４・２５はカウンターウエイト、２３はリコイル
プーリー、２６は切欠きである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クランクピンをしっかりと支持するクラ
ンクアームを有するクランク軸、及び前記クランクピン
とピストンピンとを連結する連接棒を備え、シリンダー
内に流体を吸入する吸入弁とシリンダー内の流体を排出
する排出弁とを有する往復動機械において、前記ピスト
ンピン穴のボス部外壁面とクランク軸外壁面との最接近
距離をシリンダー内径の０．４倍以下とし、前記連接棒
の大端部との干渉を防ぐシリンダー内径の０．５倍以下
の幅を有する切欠きをシリンダーに形成し、かつ前記ク
ランクアームはシリンダーのピストンスカート端部と摺
動すべき部分とは干渉しない大きさを有する形状とし、
更にピストン−クランク機構の運動により生じる不釣り
合い慣性力を軽減する為のカウンターウエイトをクラン
ク室の外部のクランク軸に備えた事を特徴とする往復動
機械．
【請求項２】往復動機械が排出弁からシリンダー内の
流体を昇圧して排出する圧縮機である請求項１記載の往
復動機械。
【請求項３】往復動機械が吸入・圧縮・膨張・排出の
各行程を行なう４サイクル機関である請求項１記載の往
復動機械．
【請求項４】ピストンのスカート端部にクランク軸が
くい込むのを許す切欠きを形成した請求項１ないし３の
いずれかに記載の往復動機械。
【請求項５】ピストンピン穴のボス部にクランク軸と
の干渉を防ぐ切欠きを形成した請求項４記載の往復動機
械。
【請求項６】クランクピンの一部がシリンダー内周面
に相当する部分を越えてクランク軸を中心に回転する様
に構成してクランク半径を増加させた請求項１ないし５
のいずれかに記載の往復動機械．
【請求項７】クランク軸の軸心をシリンダーの軸心か
ら偏心させる様に構成した請求項１ないし６のいずれか
に記載の往復動機械．