JPS6282236A - 対向ピストン式同軸エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野）　この発明は低振動、小型軽量、
低価格、省力化を目的としたエンジン装置に関する。

（従来の技術）　従来の内燃機関のレシプロタイプのエ
ンジンにおいて、大部分はクランク機構を用いたもので
あり、ピストンの往復運動を回転運動に、回転運動を往
復運動に変換する装置であり他に三角形状のローターを
偏心回転するロータリータイプのエンジンとに大別でき
る。

（発明が解決しようとする問題点）　レシプロタイプの
エンジンにおけるクランク軸には、ピストンの往復運動
による応力が大きく加わり、耐応力を上げる設計になる
為と、更にバランスを保つ為のカウンターウェイトが付
す為に重量が増す結果となる。

又、エンジン本体においては、シリンダーヘッド部分、
シリンダーブロック部分、クランクケース部分とに大別
できるが、これも重量と部品点数が多く、大型化し、複
雑な形状の部品を必要とし、ピストンは往復動によって
エンジン本体に１動を生じさせる為、防震に対する配慮
が特に必要となり、マウントに苦心をしなければならな
い。

ロータリータイプのエンジンにおいては、可動部局てが
回転運動をしている方向に働く為に効率が非常に高く、
優秀なエンジンではあるが、三角形状のローターの各頂
点ではシリンダー壁に線接触をしており、ローターの側
面共、同時にシリンダー側壁に内接させなければならず
、気密性、耐摩耗性の向上が最大のポイントとなる。

シリンダー内壁の加工においては、ローターの偏心回転
によって三角形状の各頂点の軌跡による曲率加工が複雑
な制御の下に行われなければならない為に、加工及び組
豆時の高精度が要求される。

（間肩点を解決する為の手段） この発明は目的を達成させる為に、次の様な構成として
いる。

まず、発明に保るエンジンは、円筒形加工したピストン
の外壁に、カム機構である一波長の正弦波伏の案内溝を
設け、シリンダー内壁からのピンにローラーを接続して
これをピストンの案内溝に納めである。

また、ピストンには中心部に、非円形加工した出力軸の
断面形状と同形の貫通口を設けている。

シリンダーは、内部をピストンと同じ円筒加工をして、
ピストンが回転可能にしてあり、２つのピストンを燃焼
室を中心に対称に配置して、出力軸は両ピストンの中心
部の貫通口に挿入されている。

出力軸は断面形状を六角形にして、ネジれに対する剛性
を高めることができる。

（作用）　円運動の軌跡を時間軸へ展開させると正弦波
の軌跡が生ずる。

この正弦波を用いて、シリンダーとピストン間とのカム
機構に利用することによって、ピストンの往復運動をピ
ストン自身の回転運動に、回転運動を往復運動にそれぞ
れ変換することができ、ピストンの中心部に挿入しであ
る出方軸上を、ピストンは回転しながら往復運動をし、
出方軸には、断面形状を非円形加工しである為出方軸が
ピストンと同時に回転をしているので、回転力のみ伝達
されて回転が出力できる。

また、同質量の２つのピストンを同一軸上で対称運動す
ることにより、ピストンの往復運動で生ずる振動は相互
に相殺され、理論上、振動は零となりエンジン本体は静
かな運転が可能となる。

（実施例）　第１図に示した円筒状のピストン１に、カ
ム機構である案内溝１２をピストン外壁に施し、ピスト
ンｌの中心部に出方軸層の貫通口１３を設ける。

ピストン１の案内＠１２は、シリンダー３からの固定し
たビン７にローラー９を設けて接続される為、ピストン
の１往復に、ピストンの１回転が可能となる。

第２図に示した出力軸２には、外形をピストン−中心部
の貫通口１３に対応する為の角型形状に加工して、ピス
トンの摺動を可能にし、ピストンの回転のみを伝達する
。

また、出力軸２には内部を中空加工して、両端に角型形
状の開口部２ａを、その内側に開口部２ｂを、混合ガス
の通気孔としてそれぞれ加工して出力軸２の両端を、シ
リンダー３の軸受部１４に対応する為円形加工され、図
面の左端には円筒形状の側面に吸気孔６を設け、気化器
と対応する。

気化器側にも吸気孔６と対応する開口部を設は出力軸の
回転に伴い、吸気孔６は開閉動作が可能となる。

第３図はエンジン本体を示し、２行程対向ピストン式同
軸エンジンの基本構成として、説明すると、ピストンｌ
ａ、ピストン１ｂはシリンダー３の内部に対称配置をし
、ピストン間は燃焼室−８となる。

ピストン１ａの案内溝１２ａに昨月するローラー　９　
ａは、シリンダー３の外部からの固定ビン７ａによりロ
ーラー９８に挿入され、固定ビン７ａはシリンダー壁に
固定される。

出力軸受部１４ａ１１４ｂはシリンダー３の両端に位置
し、出力軸２を支え、且つ、混合ガス停留Ｍ８ｍ　、８
ｂを形成する。

（動作例）　第３図の出方軸２に係合するピストンｌａ
、ｌｂは出力軸の回転によって、回転しながらカム機構
による案内溝に応じて移動を始め、ピストン１ａｑｌｂ
は対称配列しである為に燃焼室８内を加圧し、その時は
、混合ガス停留Ｍ　８　ａ、８ｂは負圧を生じる。

負圧の生じた混合ガス停留室８ａ１８ｂは、出力軸開口
部２ａと吸気孔６とに通じている為、気化器より出力軸
内を通って混合ガスを吸引し、混合ガス停留室８ａ　％
　８ｂへと導ひく。

更に回転が進んでピストンｌａ、ｌｂが上死点位置まで
来ると、徐々に両端に向って進み、燃焼室８は負圧を生
じ始める。

この時、混合ガス停晋室８ａ　１３ｂは逆に加圧され、
吸気孔６は出力軸の回転側面にある為に、気化器に対し
て閉じられた状態が続く。

ピストンｌａ、ｌｂが両端に近ずいた時、出力軸開口部
２ｂが開き始め、これにより混合ガス停留室ｇａ　、　
８ｂは加圧され、又、燃焼室８は減圧された状態の為に
中の混合ガスは勢いよく燃焼室８へ侵入する。

この時、燃焼室８の内部は排気孔５も同時に開く為、混
合ガスは出力軸開口部２ｂを通って排気孔５にも達し、
燃料の吹き抜は現象を防止する上からも、出力軸２の回
転位置に合わせて出力軸開口部２ｂは、排気孔５に対し
て逆向きの、最も遠くに位置する必要がある。

ピストンｌａ、ｌｂの浮動により出力軸開口部２ｂと排
気孔５は閉じられ、燃焼室８は圧縮状態になり、混合ガ
スは加圧される。

ビ８ト′の上死点付近１点火栓！４°より点火され、混
、パ１ガスは爆発燃焼し、これによりピストンｌａ、ピ
ストン１ｂは両端へ向けて移動をし、排気孔５の開いた
瞬間、排気ガスは排気孔５より排気される。

この為、燃焼室８は一瞬真空状態になる為、出力軸開口
部２ｂより混合ガスは燃焼室８へ流れ込み、これらの繰
り返しによる動作にて機関は続行し得る。

（前作例）２．Ｗ４図は４行程対向ピストン式同軸エン
ジンの基本構成を示し、これを説明すると、まず、シリ
ンダー３ａの中心部にスリット５ａを設け、このスリッ
ト５ａは吸、排気の為の開口部となり、エンジンヘッド
部に相当するヘッド１５に吸気バルブ１ｖと排気バルブ
２ｖを設け、スリット５ａ上にセットされる。

吸気バルブ１ｖと排気バルブ２ｖとには、それぞれパイ
プを介して、吸気側には気化器からと、排気側には排気
筒へと対応している。

また、ヘッド１５には吸、排気バルブを駆動させる為の
カム軸を設けている。

ピストンｌｃ、ピストン１ｄにおいては、前述の第３図
に示したと同様に２つのピストンの外壁に、案内溝１２
ｃ、１２ｄにローラー９ｃ　、　９ｄと、シリンダー壁
に固定された固定ビン７ｃ１７ｄとによるカム機構にて
、２つのピストンは対称に位置して運動し、出力軸２Ａ
はピストン中心部の貫通口に挿入され、ピストンの回転
及び往復運動とを同時にならしめ、出力軸２Ａには回転
力のみ出力される。

まず、外部より出力軸２Ａに回転力を加えることにより
、出力軸２Ａに連なるピストン１ｃ１１ｄは回転すると
同時にカム機構の案内溝に沿って移動をする。

そして相互のピストンは対称運動を行わす為、接近した
状態では圧縮行程となり、両端へ移動した状態では吸引
作用を行わすことができる。

この為、ヘッド１５に設けた吸気バルブ１ｖ、排気バル
ブ２ｖを連動して、４行程エンジンとして働かせること
ができる。　（第５図）中心部に位置したピストンの圧
縮行程から両端に向けて相互のピストンにより、燃焼室
８Ａは負圧を生ずる為、吸気バルブ１ｖを開いて気化器
より混合ガスを吸引し、相互のピストンが両端に達した
時点で吸気バルブ１ｖを閉じ、やがてピストンｌｃ、ピ
ストン１ｄは燃焼室８Ａの中心部に向って移動を始める
。

燃焼室８Ａは閉された容器となり加圧され、圧縮行程と
なる。

ピストンｌｃ　、ｌｄが接近して上死点位置付近に達し
た状態で、点火栓４ｃ、４ｄにて点火、混合ガスが爆発
燃焼してピストンｌｃ　、ｌｄは両端に向は押し込まれ
る。

相互のピストンｌｃ、ｌｄは両端に達した下死点位置よ
り、回転の慣性によって燃焼室８Ａの中心部へ向け、ピ
ストンの下死点付近で排気バルブ２ｖを開くと、燃焼ガ
スは排気バルブ２ｖを通って排出され、ピストンｌｃ、
ｌｄは上死点位置まで移動をしてシリンダー内の残留ガ
スの掃気を行い次の行程に備え、これが１行程となりこ
の繰り返しにより機関が継続される。

（発明の効果） ａ、当該発明のエンジンにおいては、シリンダー内に総
てが組み込まれた形状となる為、部品点数の減じた、小
型、軽量化が計れる。

ｂ、カム機構を用いた同軸エンジンでは、従来のクラン
ク機構のエンジンと比較して、従来のエンジンではクラ
ンク機構の＃ｉｆ！からピストンと出力軸とは互いに直
交関係にある為、縦型形状となる厚みの増すエンジン本
体になるが、当該発明のエンジンの場合はｍ型形状とな
り、取り付け、占ｑスペースなどの面で有利となる。

Ｃ１出力軸に懸かる応力は、従来のクランク機構の出力
軸と比較して格段少さくでき、又、従来機関の出力軸に
おいては回転バランスを保つ為のカウンターウェイトを
設ける為、重量が増す結果となるが、当該発明のエンジ
ンの出力軸にはかなりの軽量化が可能である。

ｄ、当該発明のピストン系は、フライホイール効果が大
きい為、外部に設けるフライホイールは小型、軽量化す
ることができる。

ｅ、以ｌ：の結果、当該発明のエンジンでは、大きさ、
重量共、従来形のエンジンと比較して小型、軽量化がで
きる。

ｆ、　ｌＧ３図の２行程エンジンの場合においては、出
力軸内に混合ガスを通過させる為、出力軸の冷却と混合
ガスへの加熱による気化率の同上が計れる。

ｇ、ピストン自体が軸受の役目を果す為、出力軸には軸
ひずみが軽減される。

ｈ、当該発明の対向ピストンによる、同質憬のピストン
を同一軸上での逆向き運動を与えるので、ピストンの振
動は相互に打ち消し合い、理論上、１１！！動は零とな
る静かなエンジンとすることができる。

ｉ、ピストンが回転しながら往復連句をする為、シリン
ダー壁との接触面には従来の機関よりも、偏摩耗を減少
させることができ耐久力の向上が計れる。

ｊ、従来のピストンには内部構造の影響から熱応力のア
ンバランスにより、複雑な制御のだ円研削が必要となる
が、当該発明のピストン形状は真円加工ができ、加工に
対する省力化が計れる。

ｋ、当該発明は一体形の燃焼室が形成でき、燃焼室が継
目の無い高圧容器となる為に構命上、有利となる。

１、当該発明のエンジンの多気筒化の場合の構成は、各
気筒からのピストンロッドに歯車を介して出力し、中央
に位置する総合出力歯車の円周上に接続して、その中央
の総合出力歯車より出力を取り出す、放射状配列ができ
る。

この為、各気筒からは出力軸に対して均等な出力伝達が
できる。

ｍ、多気筒型エンジンの場合、波射状配列の４行程エン
ジンのバルブ駆動の為のカム軸は、中心部に位置した総
合出力歯車より延長した軸にカム装置を設けて、各気筒
に順次、作用を与え共用する為、装置が簡略化できる。

ｎ、当該発明のエンジンにおける、単体でも振動が少な
い設計になる為、従来型では多気筒化して振動を分散し
低減を計っていたが、気筒数を少な目に装着したエンジ
ンでも好結果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はピストンの斜視図を示す 第２図は２行程対向ピストン式同軸エンジンの、出力軸
を部分斜視図で示す 第３図は２行程対向ピストン式同軸エンジンの、基本構
成のエンジン本体を側面断面図で示す第４図は４行程対
向ピストン式同軸エンジンの、基本構成のエンジン本体
を側面断面図で示す第５図は第４図に係合する部分側面
断面図を示す１−ピストンを示す ２−２行程対向ピストン式同軸エンジンの出力軸３−シ
リンダー ４一点火栓 ５−排気孔 ６−吸気孔 ７〒力ム機構の固定ピン ８−燃焼室 ９−カム機構のローラー １２−ピストン案内溝 １３−ピストン中心部のｉ通口 １４−出力軸受部 １５−４行程同軸エンジンのヘッド部 １ｖ−吸気バルプ ２ｖ−排気バルブ ２ａ−混合ガス停笛室の出力軸開口部 ２ｂ＝燃焼室の出力軸開口部 以下、２行程対向ピストン式同軸エンジンによるｌａ、
ｌｂ−ピストン ７ａ−固定ビン ３ａ、３ｂ−混合ガス停留室 ９ａ−ローラー １４ａ、１４ｂ−出力軸受部 以下、４行程対向ピストン式同軸エンジンによるｌｃ、
ｌｄ−ピストン ２Ａ−出力軸 ３ａ−シリンダー ４ｃ、４ｄ一点火栓 ５ａ−吸、排気の為のスリット ７ｃ、７ｄ−固定ビン ８Ａ−燃焼案 ９ｃ、９ｄ−ローラー １２　Ｃ，１２ｄ−案内溝 １４ｃ＋１４’−出力軸受部 持許出ｍ人　晒澤重惑 図面 ２行程対向ビス］−ン式同軸エンジン ４行程対向ピストン式同軸エンジン 図面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダー内の燃焼室を狭んで、対向する二つのピスト
   ンを配置して、ピストンの外壁に設けた案内溝による一
   波長の正弦波状のカム機構により、ピストンの回転運動
   と往復運動とを同時に行なわせる機関としたもので、両
   ピストンの中心部を貫通する出力軸より回転出力を取り
   出す装置としたもので、ピストンと出力軸とは同軸の関
   係を成す機関としたもの。