(57)【要約】【課題】振動を容易にかつ効率的に低減することができるピストンエンジンを提供すること。【解決手段】ピストンエンジンは、クランク組立体と、ピストン組立体と、クランクケース組立体と、シリンダーヘッド組立体とを含む。前記クランク組立体は、中心軸と、２つのカウンターウエイトブロックと、クランク軸とを有する。前記中心軸は、２つの接続部と、２つのフランジとを有する。各フランジは前記接続部に偏心させて取り付けられており、各フランジの前記接続部に対する偏心距離はｈである。各フランジが前記接続部に対して偏心しているため、前記クランク軸が回転されるとき、前記クランクケース組立体及び前記シリンダーヘッド組立体は振動する。前記シリンダーヘッド組立体の振動の向きは、前記ピストン組立体及び前記クランク組立体の振動の向きと反対である。このため、前記ピストンエンジンの振動を低減することができる。【選択図】図２
2008045665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取付ブラケットを有するフレームと、該フレームに固定され保持ブラケットを有するギヤボックスと、前記フレームに接続されたスイングシャフトとに取り付けられたピストンエンジンであって、
前記取付ブラケットと前記保持ブラケットとの間にあって前記取付ブラケットと前記保持ブラケットとに回転可能に取り付けられたクランク組立体と、該クランク組立体に接続されたピストン組立体と、前記クランク組立体に取り付けられたクランクケース組立体と、該クランクケース組立体に組み合わされ、前記スイングシャフトが垂直に接続されたシリンダーヘッド組立体とを含み、
前記クランク組立体は、一方が前記保持ブラケットに取り付けられ前記ギヤボックス内へ伸び、また他方が前記フレームの前記取付ブラケットに取り付けられた２つの接続部とそれぞれが該接続部に偏心させて取り付けられ前記接続部に対する偏心距離ｈを有する２つのフランジであって一方が前記保持ブラケットに隣接し、また他方が前記取付ブラケットに隣接する２つのフランジとを有する中心軸と、該中心軸に固定された２つのカウンターウエイトブロックであって前記フランジに接する外面と互いに向き合う内面とを有する２つのカウンターウエイトブロックと、該カウンターウエイトブロックの前記内面間にあって前記カウンターウエイトブロックに横方向に取り付けられたクランク軸とを有し、
前記ピストン組立体は、前記クランク軸に取り付けられたピストンロッドであって前記カウンターウエイトブロック間にあって前記クランク軸の周囲に位置する一端部と他端部とを有するピストンロッドと、該ピストンロッドの前記他端部に横方向に取り付けられたピストンピンと、前記ピストンロッドの前記他端部に配置され前記ピストンピンに固定されたピストンとを有し、
前記クランクケース組立体は、前記クランク組立体の前記中心軸に取り付けられたＵ字型の本体であって互いに平行な２つの側壁と、それぞれが該側壁に形成された、対向する２つの半円形の取付溝であって前記フランジを保持する２つの取付溝と、前記側壁間にあって前記カウンターウエイトブロックを収容するチェンバーとを有する本体を有し、
前記シリンダーヘッド組立体は、前記クランクケース組立体の前記本体に組み合わされたシリンダーハウジングであって前記クランクケース組立体の前記側壁に接続された２つの側壁とそれぞれが該側壁に形成され前記クランクケース組立体の前記取付溝に対応する２つの取付溝と該取付溝間にあって前記ピストン組立体の前記ピストンが摺動可能に伸びるピストンチャネルとを有するシリンダーハウジングと、該シリンダーハウジング上に取り付けられ、前記スイングシャフトの端部が接続されたシリンダーヘッドとを有する、ピストンエンジン。
【請求項２】
前記ピストンはシースであって外面を有し、前記ピストン組立体は、前記ピストンの前記外面に間隔を置いて取り付けられた複数のピストンリングを有する、請求項１に記載のピストンエンジン。
【請求項３】
前記ピストンロッドは、一方が前記ピストンロッドの前記一端部に設けられ、また他方が前記ピストンロッドの前記他端部に設けられた２つの取付穴を有し、前記クランク軸は前記ピストンロッドの前記一端部の前記取付穴を経て伸び、前記ピストンピンは前記ピストンロッドの前記他端部の前記取付穴を経て伸びる、請求項１に記載のピストンエンジン。
【請求項４】
前記クランクケース組立体は、それぞれが前記中心軸の前記フランジに取り付けられかつ前記クランクケース組立体の前記本体の前記取付溝内に位置する２つの第１ベアリングと、それぞれが前記中心軸の前記接続部に取り付けられ、一方が前記フレームの前記取付ブラケットに配置され、また他方が前記ギヤボックスの前記保持ブラケットに配置された２つの第２ベアリングとを有する、請求項１に記載のピストンエンジン。
【請求項５】
前記シリンダーヘッド組立体の慣性力が前記ピストン組立体の慣性力と同じ大きさであり、かつ前記ピストン組立体の慣性力と反対の向きに作用するように、前記偏心距離ｈは-sMp/2Mhに等しく、Mpは前記ピストン組立体の重量であり、Mhは前記シリンダーヘッド組立体の重量であり、sは前記ピストンのストロークであってs+2hに増大しており、負の符号（−）は、偏心の方向が前記ピストンロッドの前記一端部の方向と反対であることを示す、請求項１に記載のピストンエンジン。
【請求項６】
各カウンターウエイトブロックは、２つの部分であって一方の部分が前記クランク組立体のバランスをとり、他方の部分が前記クランクケース組立体の振動のバランスをとる２つの部分を有し、Mは前記他方の部分の重量であり、rは前記他方の部分の偏心距離であり、Bは前記クランク組立体の重量であり、Mが- B h / rと等しいとき、前記クランク組立体の回転の不平衡力は、前記クランクケース組立体の回転の不平衡力と同じ大きさであり、かつ前記クランクケース組立体の回転の不平衡力と反対の向きに作用し、負の符号（−）は、前記クランク組立体の回転の不平衡力の向きが前記クランクケース組立体の回転の不平衡力の向きと反対であることを示す、請求項１に記載のピストンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、振動を効率的に低減することができるピストンエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のピストンエンジンはピストンの往復運動により激しい振動を生じる。前記ピストンエンジンの振動を低減するために、交互の位相で運動させるように整えられた４以上のシリンダーを用いることができる。しかし、複数のシリンダーを有するピストンエンジンは、構造が複雑であること、高価であること及び比較的大型であることのようないくつかの欠点を有する。
【０００３】
振動問題を解決するために従来のピストンエンジンにバランスシャフトが設けられているが、該バランスシャフトによる効果は限られている。従来のピストンエンジンの振動を効率的に低減するために、クランクの対称的な２つの側面に取り付けられた２つのバランスシャフトが必要とされるが、該バランスシャフトは、前記ピストンエンジンの大きさ及び製造コストを増大させ、始動装置、クラッチ又はギヤボックスのような他の装置の配置を妨げる。また、前記ピストンエンジンに前記バランスシャフトを配置するための費用は高い。
【０００４】
従来のピストンエンジンには、該ピストンエンジンを車両フレームから分離し、また前記シリンダーの振動を前記車両フレームへ伝達させないようにするために、サスペンション装置が配置されている。
【０００５】
１本のシリンダを有する従来のピストンエンジンは、ピストン組立体と、クランク組立体とを有する。前記ピストン組立体は、ピストンと、接続ロッドと、ピストンピンと、任意の複数のピストンリングとを有する。前記ピストンは、ジャケットとすることができ、閉鎖された端部と開放された端部とを有する。前記接続ロッドは、前記ピストンへ伸び、２つの端部を有する。前記ピストンピンは、前記接続ロッドの一端部に横方向に取り付けられている。前記ピストン組立体の運動は往復運動であり、前記ピストン組立体の速度及び加速度の変化は複雑である。前記ピストン組立体の慣性力はA(θ)= A1ω2cosθ+ A2ω2cos2θ+...で表される。ここで、θはクランクの角度であり、A1は第１イナーシャと呼ばれ、A2は第２イナーシャと呼ばれている。A1の値はMp s / 2で表される。ここで、Mpは前記ピストン組立体の質量、sは前記ピストンのストロークである。
【０００６】
前記クランク組立体は、前記ピストン組立体に回転可能に取り付けられており、本体と、２つのカウンターウエイトブロックと、複数のベアリングとを有する。前記クランク組立体の前記本体は、前記ピストン組立体の前記接続ロッドの他端部に取り付けられている。前記カウンターウエイトブロックは、前記本体に取り付けられており、前記接続ロッドの前記他端部に隣接している。前記クランク組立体の回転の不平衡力はMrw2で表される。ここで、Mは偏心質量、rは偏心距離、wは回転速度である。通常、技術者は、Mrで表されるモーメントを用いて振動を議論する。
【０００７】
前記ピストンエンジンの釣り合いを考えるために、前記ピストン組立体の慣性力に対する前記クランク組立体の回転の不平衡力の比率が用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記した問題点を改善するピストンエンジンを提供する。
【０００９】
本発明の目的は、振動を容易にかつ効率的に低減することができるピストンエンジンを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係るピストンエンジンは、クランク組立体と、ピストン組立体と、クランクケース組立体と、シリンダーヘッド組立体とを含む。前記クランク組立体は、中心軸と、２つのカウンターウエイトブロックと、クランク軸とを有する。前記中心軸は、２つの接続部と、２つのフランジとを有する。前記接続部及び前記フランジのそれぞれはベアリング接触面を有する。前記接続部は、フレーム及びギヤボックスへ伸び、前記フレーム及び前記ギヤボックスに回転可能に取り付けられており、前記ピストンエンジンと前記フレーム及び前記ギヤボックスとの接続点をなす。各フランジは前記接続部に偏心させて取り付けられており、各フランジの前記接続部に対する偏心距離はｈである。前記クランクケース組立体は前記フランジに取り付けられている。各フランジが前記接続部に対して偏心しているため、前記クランク軸が回転されるとき、前記クランクケース組立体及び前記シリンダーヘッド組立体は振動する。前記シリンダーヘッド組立体の振動の向きは、前記ピストン組立体及び前記クランク組立体の振動の向きと反対である。このため、前記ピストンエンジンの振動を低減することができる。
【００１１】
本発明の他の目的、利点及び新規な特徴は、添付の図面に関する以下の詳細な説明からより明らかになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１ないし３に示すように、フレーム６０、ギヤボックス８０及びスイングシャフト５０にピストンエンジンが用いられており、該ピストンエンジンは、クランク組立体２０と、ピストン組立体３０と、クランクケース組立体１０と、シリンダーヘッド組立体４０とを含む。
【００１３】
フレーム６０は取付ブラケット６１を有する。取付ブラケット６１はシースとすることができる。ギヤボックス８０は、フレーム６０に取り付けられており、保持ブラケット８１を有する。保持ブラケット８１は取付ブラケット６１に向けられている。
【００１４】
スイングシャフト５０は、その前端部でシリンダーヘッド組立体４０に取り付けられており、その後端部でフレーム６０に取り付けられている（図３）。シリンダーヘッド組立体４０が、ピストンの振動と反対の向きにではあるが、該ピストンの振動と同じ方向に振動するように、スイングシャフト５０の方向はシリンダーヘッド組立体４０の方向に垂直である。
【００１５】
クランク組立体２０は、取付ブラケット６１と保持ブラケット８１との間にあって取付ブラケット６１と保持ブラケット８１とに回転可能に取り付けられている（図２）。クランク組立体２０は、中心軸２２と、２つのカウンターウエイトブロック２３と、クランク軸２４とを有する。
【００１６】
中心軸２２は、取付ブラケット６１と保持ブラケット８１とに取り付けられており、２つの接続部２２２と、２つのフランジ２２１とを有する。接続部２２２は、前記ピストンエンジンをフレーム６０とギヤボックス８０とに固定するために用いられる。一方の接続部２２２は、保持ブラケット８１に取り付けられ、ギヤボックス８０内へ伸び、他方の接続部２２２はフレーム６０の取付ブラケット６１に取り付けられている。中心軸２２の各フランジ２２１は接続部２２２に偏心させて取り付けられている。各フランジ２２１は、クランク組立体２０にクランクケース組立体１０を接続するために用いられるベアリング接触面を有する。一方のフランジ２２１は保持ブラケット８１に隣接しており、他方のフランジ２２１は取付ブラケット６１に隣接している。各フランジ２２１の接続部２２２に対する偏心距離はｈである。
【００１７】
クランク組立体２０のカウンターウエイトブロック２３は中心軸２２に固定されており、各カウンターウエイトブロック２３は内面と外面とを有する。各カウンターウエイトブロック２３の前記外面はフランジ２２１に接している。両カウンターウエイトブロック２３の前記内面は互いに向き合っている。
【００１８】
クランク軸２４は、両カウンターウエイトブロック２３の前記内面間にあって両カウンターウエイトブロック２３に横方向に取り付けられている。
【００１９】
ピストン組立体３０は、クランク組立体２０に接続されており、ピストンロッド３４と、ピストンピン３３と、ピストン３１と、任意の複数のピストンリング３２とを有する。
【００２０】
ピストンロッド３４は、クランク軸２４に取り付けられており、一端部３４２と、他端部３４１と、任意の２つの取付穴とを有する。一方の取付穴はピストンロッド３４の一端部３４２に設けられており、他方の取付穴はピストンロッド３４の他端部３４１に設けられている。ピストンロッド３４の一端部３４２は両カウンターウエイトブロック２３間にあってクランク軸２４の周囲に位置し、クランク軸２４はピストンロッド３４の一端部３４２の前記取付穴を経て伸びる。
【００２１】
ピストンピン３３は、ピストンロッド３４の他端部３４１に横方向に取り付けられており、ピストンロッド３４の他端部３４１の前記取付穴を経て伸びる。
【００２２】
ピストン３１は、ピストンロッド３４の他端部３４１に配置されており、ピストンピン３３に固定されている。ピストン３１は、シースとすることができ、外面を有する。
【００２３】
ピストンリング３２はピストン３１の前記外面に間隔を置いて取り付けられている。
【００２４】
クランクケース組立体１０は、クランク組立体２０に取り付けられており、本体１１と、任意の２つの第１ベアリング１５と、任意の２つの第２ベアリング１６とを有する。
【００２５】
本体１１は、Ｕ字型の断面形状を有し、クランク組立体２０の中心軸２２に取り付けられている。本体１１は、２つの側壁１２と、２つの取付溝１３と、チェンバー１４とを有する。両側壁１２は互いに平行である。各取付溝１３は、半円形であり、側壁１２に形成されている。両取付溝１３は、互いに向き合っており、中心軸２２のフランジ２２１を保持する。チェンバー１４は、両側壁１２間に形成されており、カウンターウエイトブロック２３を収容する。
【００２６】
各第１ベアリング１５は、中心軸２２のフランジ２２１に取り付けられ、クランクケース組立体１０の本体１１の取付溝１３内に位置する。
【００２７】
各第２ベアリング１６は中心軸２２の接続部２２２に取り付けられている。一方の第２ベアリング１６は取付ブラケット６１に配置されており、他方の第２ベアリング１６は保持ブラケット８１に配置されている。
【００２８】
シリンダーヘッド組立体４０は、クランク組立体２０及びピストン組立体３０を収容するようにクランクケース組立体１０に組み合わされている。シリンダーヘッド組立体４０は、スイングシャフト５０が接続されており、シリンダーハウジング４１と、シリンダーヘッド４２とを有する。シリンダーハウジング４１は、クランクケース組立体１０の本体１１に組み合わされており、２つの側壁と、２つの取付溝４１１と、ピストンチャネル４１２とを有する。
【００２９】
シリンダーハウジング４１の前記側壁はクランクケース組立体１０の側壁１２に接続されている。取付溝４１１は、クランクケース組立体１０の取付溝１３に対応するようにシリンダーハウジング４１の前記側壁に形成されており、第１ベアリング１５を保持する。
【００３０】
ピストンチャネル４１２は両取付溝４１１間にあって内面を有する。ピストン組立体３０のピストン３１はピストンチャネル４１２内で摺動可能に伸び、ピストンリング３２はピストンチャネル４１２の前記内面に接している。シリンダーヘッド４２は、シリンダーハウジング４１上に取り付けられており、スイングシャフト５０の前端部が接続されている。
【００３１】
各フランジ２２１が接続部２２に対して偏心しているため、クランク組立体２０を回転させるとき、クランクケース組立体１０及びシリンダーヘッド組立体４０は一定の振幅で振動する。シリンダーヘッド組立体４０の振動は往復運動による振動であり、クランクケース組立体１０の振動は回転運動による振動である。ピストン組立体３０の運動により生じる振動と、シリンダーヘッド組立体４０の運動により生じる振動とは、適当な配置により効率的に釣り合わせることができる。ピストン組立体３０の重量をMpとし、シリンダーヘッド組立体４０の重量をMhとし、接続部２２２に対するピストン３１のストロークはsであり、各フランジ２２１と接続部２２２との間の偏心距離はｈである。シリンダーヘッド組立体４０の慣性力はA (θ)=Mh h cosθで表され、ピストン組立体３０の慣性力はa (θ)=(Mp s /2) cosθで表される。このため、偏心距離ｈが-s Mp /2 Mhであるとき、シリンダーヘッド組立体４０の慣性力は、ピストン組立体３０の慣性力と同じ大きさであり、かつピストン組立体３０の慣性力と反対の向きに作用する、すなわちA(θ)=-a(θ)の関係が成り立つ。負の符号は、偏心の方向がピストンロッド３４の一端部３４２の方向と反対であることを表す。
【００３２】
各カウンターウエイトブロック２３は２つの部分に分けられたものとすることができる。一方の部分はクランク組立体２０のバランスをとる。他方の部分はクランクケース組立体１０の振動のバランスをとる。前記他方の部分の重量をMとし、前記他方の部分の偏心距離をrとし、クランクケース組立体１０の重量をBとする。カウンターウエイトブロック２３の前記他方の部分の重量Mが- B h / rと等しいとき、クランク組立体２０の回転の不平衡力は、クランクケース組立体１０の回転の不平衡力と同じ大きさであり、かつクランクケース組立体１０の回転の不平衡力と反対の向きに作用する。負の符号は、クランク組立体２０の回転の不平衡力の向きがクランクケース組立体１０の回転の不平衡力の向きと反対であることを表す。この場合、負の符号は、カウンターウエイトブロック２３が従来のピストンエンジンに比べて小さいことを示す。
【００３３】
ピストン３１のストロークは偏心距離ｈによりs+2hまで増大する。
【００３４】
前記ピストンエンジンの振動の低減の効率を向上させるために、シリンダーヘッド４２にオイルポンプ、ウォーターポンプ又は始動用モーターを取り付けるという方法により、シリンダーヘッド組立体４０の重量を増大させ、かつクランクケース組立体１０の重量を低減させることができる。
【００３５】
ピストンチャネル４１２の空気は、ピストン３１により圧縮され、前記ピストンエンジンをピストンコンプレッサーとして機能させるように容器に蓄えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係るピストンエンジンの分解斜視図。
【図２】図１のピストンエンジンの一部の断面図。
【図３】図１のピストンエンジンの使用時の側面図。
【符号の説明】
【００３７】
１０    クランクケース組立体
１１    クランクケース組立体の本体
１２    クランクケース組立体の側壁
１３    クランクケース組立体の取付溝
１４    チェンバー
１５    第１ベアリング
１６    第２ベアリング
２０    クランク組立体
２２    中心軸
２３    カウンターウエイト
２４    クランク軸
３０    ピストン組立体
３１    ピストン
３２    ピストンリング
３３    ピストンピン
３４    ピストンロッド
４０    シリンダーヘッド組立体
４１    シリンダーハウジング
４２    シリンダーヘッド
５０    スイングシャフト
６０    フレーム
６１    取付ブラケット
８０    ギヤボックス
８１    保持ブラケット
２２１    フランジ
２２２    接続部
３４１    ピストンロッドの他端部
３４２    ピストンロッドの一端部
４１１    シリンダーヘッド組立体の取付溝
４１２    ピストンチャネル
【図１】
2008045665.tif 000003
【図２】
2008045665.tif 000004
【図３】
2008045665.tif 000005