(57)【要約】【課題】圧縮行程のストロークよりも膨張行程のストロークを大きくすることを、簡単な構成で実現する。【解決手段】クランクアーム７に円形のピン支持体８が回転可能に嵌め込まれており、ピン支持体８にクランクピン９が回転自在に嵌め入れられている。ピン支持体８は、クランクアーム７に対して基準姿勢から所定角度θだけ回転する。クランクピン９とピン支持体８とは、その軸心がピン支持体８の軸心１７よりもクランクシャフト５の回転軸心１９の側に寄るようにオフセットされている。膨張行程でピン支持体８が回転することで、膨張行程でのピストン４のストロークが大きくなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクジャーナルとクランクアームとクランクピンとを備えており、前記クランクピンは、当該クランクピンと平行な姿勢で前記ランクアームに嵌め込まれたピン支持体に回転自在に保持されている構成であって、
前記ピン支持体は前記クランクアームに対して所定角度だけ相対回転自在である一方、前記クランクピンは、その軸心がピン支持体の軸心よりも前記クランクジャーナルの軸心の側に位置するようにずらして配置されており、内燃機関が膨張行程のときにはピン支持体がコンロッドに押されてクランクアームに対して一方方向に回転するように設定されている、
内燃機関用クランクシャフト。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、内燃機関においてピストンの往復動を回転運動に変換するクランクシャフトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
レシプロ式内燃機関では、ピストンの往復動をクランクシャフトで回転運動に変換しているが、出力を向上させるための手段の一つとして、膨張行程でのピストンのストロークを圧縮行程でのストロークよりも大きくすることにより、圧縮行程でのエネルギロスをできるだけ少なくしつつ、膨張行程でのピストンの運動エネルギをできるだけ多く取り出すことが考えられている。
【０００３】
その例として特許文献１には、出力軸であるメインクランクシャフトとは別にピストンの動きを規制するための補助クランクシャフトを設け、ピストンに連結された連接棒とメインクランクシャフトのクランクアーム、及び、補助クランクシャフトのクランクアームとを接続リンク及び補助連接棒で連結し、更に、メインクランクシャフトと補助クランクシャフトとをギアによって連動させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開昭５６−４９２３２号のマイクロフィルム
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は圧縮行程と膨張行程とのストロークを変えることはできるが、多数の部材を要して著しく複雑であるため、膨大なコストを要すると共に機関が著しく大型化するという問題がある。また、多数の運動部材を存在するため、圧縮行程と膨張行程とのストロークを変えたことによって回収できるエネルギよりも各種運動部材の摩擦等で失うエネルギの方が多いという事態も招きかねず、出力向上に貢献できるか否か疑問である。特に、車両用内燃機関に使用すると、車両の重量増大によって燃費が却って低下してしまうことも懸念される。
【０００６】
本願発明は、このような現状を改善すべくなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明はクランクシャフトに関し、このクランクシャフトは、クランクジャーナルとクランクアームとクランクピンとを備えており、前記クランクピンは、当該クランクピンと平行な姿勢で前記ランクアームに嵌め込まれたピン支持体に回転自在に保持されている。
【０００８】
そして、前記ピン支持体は前記クランクアームに対して所定角度だけ相対回転自在である一方、前記クランクピンは、その軸心がピン支持体の軸心よりも前記クランクジャーナルの軸心の側に位置するようにずらして配置されており、内燃機関が膨張行程のときにはピン支持体がコンロッドに押されてクランクアームに対して一方方向に回転するように設定されている。
【発明の効果】
【０００９】
本願発明によると、ピストンが燃焼ガスによって押し下げられる膨張行程では、コンロッドを介してクランクピンに押圧力が掛かっていることで、ピン支持体がクランクアームに対して、基準状態から一方方向に回転するが、クランクピンの軸心がピン支持体の軸心よりもクランクジャーナルの側に偏心（オフセット）しているため、膨張行程から排気行程に移行すると、コンロッドの押し作用がピン支持体をクランクアームに対して他方方向に回転させるように作用する。従って、ピン支持体は戻り回転する。
【００１０】
そして、膨張行程でピン支持体がクランクピンで押されて一方方向に回転していることにより、膨張行程から排気行程に至る下死点の状態では、クランクピンの軸心は基準状態に比べて、クランクジャーナルの軸心から遠ざかるように下（ピストンと反対側に）下がっている。
【００１１】
他方、膨張行程及び排気行程ではクランクピンはコンロッドで押されているが、吸気行程では逆にクランクピンでコンロッドを引く状態になるため、吸気行程ではピン支持体は基準状態のままで回転はしておらず、その状態で圧縮行程に移行する。従って、圧縮行程ではピン支持体は基準状態にあり、このため、クランクピンはクランクジャーナルの軸心側に最も寄った状態になっている。
【００１２】
従って、圧縮行程におけるピストンの上昇ストロークは膨張行程におけるピストンの下降ストロークよりも小さい。逆に言うと、膨張行程におけるピストンの下降ストロークは、圧縮行程におけるピストンの上昇ストロークよりも大きくなっている。従って、圧縮に要するエネルギを抑制しつつ、クランクピンがピストンで押される距離を多くしてピストンの運動エネルギをできるだけ多く回収することができる。
【００１３】
そして、クランクシャフトの基本的な構成は従来と同じであり、ピン支持体はクランクアームに組み込むに過ぎないため、大幅なコストアップを招来することはないと共に、クランクシャフト及び内燃機関の大型化を回避できる。重量増大はないため、車両用内燃機関に適用すると燃費の向上に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】内燃機関の要部の縦断側面図である。
【図２】（Ａ）は図１のIIA-IIA 視断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ視断面図である。
【図３】（Ａ）は圧縮行程に移行する直前の下死点の状態を示す図、（Ｂ）は圧縮行程の途中を示す図である。
【図４】（Ｃ）は圧縮行程から膨張行程に移行する上死点での状態を示す図、（Ｄ）は膨張行程の途中を示す図である。
【図５】（Ｅ）は膨張行程の途中を示す図、（Ｆ）は膨張行程から排気行程に移行する下死点の状態を示す図である。
【図６】（Ｇ）は排気行程の途中を示す図、（Ｈ）は排気行程から吸気行程に移行する上死点の状態を示す図である。
【図７】（Ｈ）は吸気行程の途中を示す図、（Ｈ）は吸気行程から圧縮行程に移行する下死点の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
(1).構成の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、構成を図１，に基づいて説明する。本実施形態は、吸気スロットルを備えることで吸気系が負圧になる４サイクル内燃機関に適用しており、内燃機関は、シリンダボア２が空いたシリンダブロック１とその上面に固定したシリンダヘッド３とを有しており、シリンダボア２にはピストン４が摺動自在に嵌まっている。シリンダヘッド３の吸排気ポートや吸排気弁は省略している。
【００１６】
シリンダブロック１の一部であるクランクケース１ａには、クランクシャフト５が配置されている。クランクシャフト５は、複数本のクランクジャーナル６とこれに固定された一対又は複数対のクランクアーム７、及び、クランクアーム７の対にピン支持体８を介して取り付けたクランクピン９とを有している。クランクアーム７には、クランクピン９と反対側に位置したカウンターウエイト１０を一体に設けている。各クランクジャーナル６は、軸受け１１及び軸受けキャップ１２を介してクランクケース１ａの軸受け部に回転自在に保持されている。
【００１７】
ピン支持体８は円形（真円形）であり、クランクアーム７に設けた丸穴に回転可能に嵌まっているが、クランクアーム７に対して所定角度θだけ相対回転し得るように、クランクアーム７の内面（或いは外面）に円弧溝１３を形成して、ピン支持体８の外周には円弧溝１３に位置したストッパー突起１４を設けている。
【００１８】
具体的には、図２（Ｃ）はピストン４が上死点にある状態を示しており、この状態でピン支持体８がクランクアーム７に対して反時計回り方向にθだけ相対回転し得るように設定している。θは任意に設定できるが、６０度程度が好ましい。なお、ピン支持体８はスナップリング等の抜け止め手段でクランクアーム７に抜け不能に保持されている。
【００１９】
クランクピン９はピン支持体８に回転自在に保持されているが、クランクピン９の軸支１６はピン支持体８の軸心１７とを若干の寸法Ｅだけずらしている。具体的には、図２（Ｃ）のように、両軸心１６，１７がクランクアーム７の長手中心線１８上に並んでいる基準状態（或いは基準姿勢）で、クランクピン９の軸心１６がクランクジャーナル６（或いはクランクシャフト５の回転軸心１９）に近づくようにずらしている。また，図２（Ｃ）のとおり、基準状態でストッパー突起１４は長手中心線１８の箇所に位置して、円弧溝１３はストッパー突起１４から回転方向と反対側に延びている。
【００２０】
ピストン４とクランクピン９とはコンロッド２０で連結されている。敢えて述べることはないが、コンロッド２０は、ピストン４にはピストンピン２１で連結されている。本実施形態では、クランクピン９はボルト２２で締結されるピンキャップ２３でコンロッド２０に連結しているが、クランクピン９はピン支持体８に回転自在に嵌まっているので、コンロッド２０の全体を一体に構成して、これにクランクピン９を横から差し込むことも可能である。
【００２１】
(2).動きの説明
次に、上記構成の動き（作用）を図３以下の図面を参照して説明する。なお、図３〜図７では、動きの理解の一助とするため、各分図には（Ａ）から（Ｊ）まで通しのアルファベットを付している。
【００２２】
図３（Ａ）は、吸気行程から圧縮行程に移行する状態（ピストン４が下死点にある状態）を示しており、この状態では、クランクピン９とピン支持体８とは、両者の軸心１６，１７がクランクアーム７の長手中心線１８上に並んだ基準状態にある。そして、圧縮行程ではピストン４の上昇動に抵抗が作用しているため、クランクピン９はコンロッド２０で押されており、従って、ピン支持体８には、クランクピン９の押圧作用によって時計回りに回転させようとするモーメントが作用する。
【００２３】
この状態でピン支持体８は時計回り方向には回転できないため、クランクピン９とピン支持体８とは図２（Ｃ）と同じ基準状態になっており、両者は、軸心１６，１７の相対位置を一定にしたままでクランクシャフト５の軸心回りに回動していき、そして図４（Ｃ）のようにピストン４は上死点に至る。
【００２４】
次いで膨張行程（爆発行程）に移行するが、この状態ではコンロッド２０はピストン４で押されているので、クランクピン９もコンロッド２０で強く押されている。そして、クランクピン９の軸心１６はピン支持体８の軸心１７よりもクランクシャフト５の回転軸心１９の側に位置しているため、ピン支持体８には反時計回り方向に回転させようとするモーメントが作用する。
【００２５】
すると、ピン支持体８は反時計回り方向にはθだけ回転するため、膨張行程では、図４（Ｄ）及び図５（Ｅ）のとおり、クランクピン９とピン支持体８とは、ピン支持体８をクランクアーム７に対して反時計回り方向にθだけ回転させた状態で、クランクシャフト５の軸心回りに回動していく。膨張行程はピン支持体８を回転させた状態で行われるため、膨張行程が終わる下死点の状態では、クランクピン９の軸心は基準状態よりも下に位置しており、従って、クランクピン９が基準状態のままで膨張する場合に比べてピストン４の下降動ストロークは長くなっている。
【００２６】
ピストン４が膨張行程から排気行程に移行すると、ピストン４に燃焼ガスが抵抗として作用するため、クランクピン９はコンロッド２０で押されているが、クランクピン９の軸心はピン支持体８の軸心よりもクランクシャフト５の回転軸心の側に位置しているため、圧縮行程ではピン支持体８は時計回り方向に回転するようにモーメントが作用しており、このため、ピン支持体８は、圧縮行程に移行すると図６（Ｇ）のとおり戻り回転して図２（Ｃ）の基準姿勢になり、図６（Ｈ）のとおりそのままの状態で上死点まで移行していく。
【００２７】
圧縮行程から吸気行程に移行するが、吸気行程ではピストン４の頂面には押圧力は作用しておらず、シリンダボア２の内部は負圧状態になっていてピストン４がコンロッド２０で引かれる状態になっているため、ピン支持体８には時計回り方向に回転しようとするモーメトが作用しているが、基準状態から時計回り方向には回転できないため、ピン支持体８とクランクピン９とは基準状態のままで回動していき、図７（Ｊ）及び図３（Ａ）の状態に移行する。
【００２８】
そして、吸気行程から圧縮行程に移行する下死点の状態では、図７（Ｊ）及び図３（Ａ）のとおり、クランクピン９の軸心１６はピン支持体８の軸心１７の真上に位置しているのに対して、図５（Ｆ）のとおり、膨張行程から排気行程に移行する下死点の状態では、クランクピン９の軸心１６はピン支持体８の軸支１７よりも僅かに上に位置しているに過ぎない。
【００２９】
従って、圧縮行程でのピストン４の上昇ストロークよりも膨張行程でのピストン４のストロークの下降ストロークが長くなっている。これにより、圧縮行程でのエネルギロスをできるだけ少なくしつつ、膨張行程におけるエネルギの回収効率を向上できる。
【００３０】
ピン支持体をクランクアームに対して所定角度だけ回転させる規制手段は、円弧溝とストッパー突起との組み合わせには限らず、例えば２つの突起と１つの突起の組み合わせなど、各種の構成を採用できる。また、ピン支持体を基準姿勢に戻すばね等の戻し手段を設けることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１  シリンダブロック
２  シリンダボア
４  ピストン
５  クランクシャフト
７  クランクアーム
８  ピン支持体
９  クランクピン
１３  回転角度移籍手段を構成する円弧溝
１４  回転角度移籍手段を構成するストッパー突起
１６  クランクピンの軸心
１７  ピン支持体の軸心
１８  クランクアームの長手中心線
１９  クランクシャフト（クランクジャーナル）の回転軸心
２０  コンロッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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