(57)【要約】【課題】シリンダに対するピストンのフリクションを低減することにより、騒音や振動を低減することができるスコッチヨーク式エンジンを提供する。【解決手段】スコッチヨーク式エンジン１は、ヨーク２を備え、ヨーク２には、第一ピストン３および第二ピストン４が取り付けられている。第一ピストン３および第二ピストン４は、それぞれ対向する位置に互いに平行に設けられた第一シリンダ５および第二シリンダ６に対して往復動可能に設けられている。第一ピストン３および第二ピストン４は、ピストン３，４の往復運動方向に直交し、かつクランク軸１１の軸方向に直交する方向に相対的にオフセットされた位置に配置されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する位置に互いに平行に設けられた第一シリンダおよび第二シリンダと、第一シリンダおよび第二シリンダのそれぞれに往復動可能に設けられる第一ピストンおよび第二ピストンと、前記第一ピストンおよび前記第二ピストンがそれぞれ設けられた２本のヨークエレメントを備え、前記各ピストンの往復運動をクランク軸のクランクピンに伝達するヨークと、を備えるスコッチヨーク式エンジンにおいて、
前記第一ピストンおよび前記第二ピストンは、前記各ピストンの往復運動方向に直交し、かつ前記クランク軸の軸方向に直交する方向に相対的にオフセットされた位置に配置されていることを特徴とするスコッチヨーク式エンジン。
【請求項２】
互いに隣接しかつ平行に設けられた第一シリンダおよび第二シリンダと、前記第一シリンダおよび前記第二シリンダに対向する位置に設けられ、互いに隣接しかつ平行に設けられた第三シリンダおよび第四シリンダと、第一シリンダから第四シリンダのそれぞれに往復動可能に設けられる第一ピストン、第二ピストン、第三ピストン、および第四ピストンと、前記第一ピストンから前記第四ピストンがそれぞれ設けられた４本のヨークエレメントを備え、前記各ピストンの往復運動をクランク軸のクランクピンに伝達するヨークと、を備えるスコッチヨーク式エンジンにおいて、
前記第一ピストンおよび前記第二ピストン、並びに前記第三ピストンおよび前記第四ピストンは、それぞれ前記各ピストンの往復運動方向に直交し、かつ前記クランク軸の軸方向に直交する方向に相対的にオフセットされた位置に配置されていることを特徴とするスコッチヨーク式エンジン。
【請求項３】
前記各ピストンのオフセット量が、前記各ピストンの中間に前記クランク軸のクランクピンが位置した状態におけるクランク半径により、下記（１）式で表される範囲に設定されている請求項１または請求項２に記載のスコッチヨーク式エンジン。
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【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スコッチヨーク式エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等に使用されるエンジンとして、一般的なピストンおよびクランク軸等を用いたもの以外に、スコッチヨーク機構を利用したスコッチヨーク式エンジンがある。このスコッチヨーク式エンジンは、一対の連接棒（以下「ヨークエレメント」という）を有し、ヨークエレメントの延在方向に直交する長孔が形成されたヨーク本体を有する。この長孔に、偏心させたクランク軸を挿入し、このクランクピンを長孔内で転がしながら往復運動させる機構を備えたものである。このスコッチヨーク式エンジンでは、クランク軸と接続されるヨークは往復運動を行うのみであるので、ヨークエレメントとシリンダボア壁スカート部との干渉が無くなるので、クランク軸とピストンの間を短くすることができる。このようなスコッチヨーク式エンジンのうち、４本のヨークエレメントを備えるものがあり、その例として、たとえば独国特許出願公開第１０１０７９２１号明細書に開示されたものがある。
【０００３】
このスコッチヨーク式エンジンは、互いに隣接し、かつ平行に設けられた２つのシリンダと、この２つのシリンダに対向する位置において、互いに隣接し、かつ平行に設けられた２つのシリンダを有する。また、スコッチヨーク式エンジンは、これらの４つのシリンダには対して、それぞれ往復動可能に設けられた４本のピストンがそれぞれ取り付けられた４つのヨークエレメントを有するヨークを有している。また、ヨークには、長孔が形成されており、この長孔に出力軸となるクランク軸が偏心した状態で挿入されている。そして、各シリンダで通常のエンジンサイクルを順次経ることにより、ヨークを往復動させて、クランク軸を回転させるものである。
【０００４】
【特許文献１】
独国特許出願公開第１０１０７９２１号明細書
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記特許文献１に開示されたスコッチヨーク式エンジンでは、図７に示すように、クランクシャフト５１を介して、対向するシリンダ５２，５３のシリンダ軸が一直線上に配置されている。このため、ピストン５４，５５がシリンダ５２，５３に対して摺動する際のフリクションを低減することが困難である。このフリクションによって、騒音や振動が大きくなるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、シリンダに対するピストンのフリクションを低減することにより、騒音や振動を低減することができるスコッチヨーク式エンジンを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決した本発明に係るスコッチヨーク式エンジンは、互いに隣接しかつ平行に設けられた第一シリンダおよび第二シリンダと、第一シリンダおよび第二シリンダのそれぞれに往復動可能に設けられる第一ピストンおよび第二ピストンと、第一ピストンおよび第二ピストンがそれぞれ設けられた２本のヨークエレメントを備え、各ピストンの往復運動をクランク軸のクランクピンに伝達するヨークと、を備えるスコッチヨーク式エンジンにおいて、第一ピストンおよび第二ピストンは、各ピストンの往復運動方向に直交し、かつクランク軸の軸方向に直交する方向に相対的にオフセットされた位置に配置されているものである。
【０００８】
また、上記課題を解決した本発明に係るスコッチヨーク式エンジンは、互いに隣接しかつ平行に設けられた第一シリンダおよび第二シリンダと、第一シリンダおよび第二シリンダに対向する位置に設けられ、互いに隣接しかつ平行に設けられた第三シリンダおよび第四シリンダと、第一シリンダから第四シリンダのそれぞれに往復動可能に設けられる第一ピストン、第二ピストン、第三ピストン、および第四ピストンと、第一ピストンから第四ピストンがそれぞれ設けられた４本のヨークエレメントを備え、各ピストンの往復運動をクランク軸のクランクピンに伝達するヨークと、を備えるスコッチヨーク式エンジンにおいて、第一ピストンおよび第二ピストン、並びに第三ピストンおよび第四ピストンは、それぞれ各ピストンの往復運動方向に直交し、かつクランク軸の軸方向に直交する方向に相対的にオフセットされた位置に配置されているものである。
【０００９】
本発明に係るスコッチヨーク式エンジンにおいては、互いに対向する位置に配置されたピストンが互いにオフセットされた位置に配置されている。このため、ピストンに燃焼圧が作用する際に、回転中心とクランクピン中心とのシリンダ軸への直交方向成分の距離を小さくすることができるので、シリンダとピストンとの間のフリクションを小さくすることができる。
【００１０】
ここで、各ピストンのオフセット量が、各ピストンの中間にクランク軸のクランクピンが位置した状態におけるクランク半径により、下記（１）式で表されるように設定されているのが好適である。
【００１１】
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通常、燃焼行程における最大燃焼圧Ｐｍａｘは、１０°≦θ≦３０°の範囲において発生する。この点を考慮すると、オフセット量ｅは、ｒｓｉｎ１０°≦ｅ≦３０°の範囲に設定するのが好適となる。ところが、エンジンブレーキなどの影響によって燃焼圧が負になる状況も実際には起こり、そのときはサイドフォースが逆方向に働くので、オフセットを与えることがフリクションの増加を招くことが考えられる。このため、オフセット量は、最大燃焼圧が作用するときのクランク角を最大値として、それ以下の値にすることがトータル的な運転条件範囲の中では好ましい。したがって、上記（１）式の範囲でオフセット量を設定するのが好適である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００１３】
図１は、本発明の第１の実施形態に係るスコッチヨーク式エンジンの側断面図、図２は、その要部分解斜視図である。図１に示すように、本実施形態に係るスコッチヨーク式エンジン（以下、本実施形態において「エンジン」という）１は、ヨーク２を備えている。ヨーク２には、第一ヨークエレメント２Ａおよび第二ヨークエレメント２Ｂが設けられている。これらの第一ヨークエレメント２Ａおよび第二ヨークエレメント２Ｂには、それぞれ第一ピストン３および第二ピストン４が取り付けられており、互いに対向する位置に配置されている。また、エンジン１は、これらのピストン３，４がそれぞれ往復動させられる第一シリンダ５および第二シリンダ６を備えている。第一シリンダ５および第二シリンダ６は、対向する位置に互いに平行に設けられている。さらに、第一ピストン３および第二ピストン４は、それぞれ後に示すクランクシャフト９の回転中心Ｏからオフセット量ｅだけ、ピストン３，４の往復動に直交し、かつクランク軸の軸方向に直交する方向にオフセットされている。
【００１４】
また、ヨーク２におけるピストン３，４の間には、長孔状のレール７が形成されている。このレール７は、ヨーク２の往復動方向に直交する方向に沿って形成されており、レール７には、このレール７に沿って移動するスライダ８が挿入されている。スライダ８には、図２に示すように、クランクシャフト９におけるクランクピン１０が取り付けられている。また、クランクシャフト９は、クランク軸１１を備えており、クランクシャフト９は、このクランク軸１１周りに回転する。そして、ヨーク２がシリンダ５，６の軸方向に往復動することにより、レール７に沿ってスライダ８が移動し、このスライダ８の移動によってクランクピン１０を介してクランクシャフト９に回転力を付与する。
【００１５】
さらに、シリンダ５，６の先端部には、それぞれシリンダヘッド１２，１３が取り付けられており、それぞれバルブ１４，１５や図示しない点火プラグなどが設けられている。また、クランクシャフト９の下方位置にはオイルパン１６が設けられ、オイルパン１６にはオイルストレーナ１７が設けられている。
【００１６】
以上の構成を有する本実施形態に係るエンジン１の作用について説明する。本実施形態に係るエンジン１においては、ピストン３，４が往復動してシリンダ５，６に出入りすることにより、吸入工程、圧縮工程、燃焼行程、排気工程の各エンジン工程を循環する。ここで、第一ピストン３および第二ピストン４は、それぞれクランクシャフト９の回転中心Ｏからオフセット量ｅだけオフセットされている。このときのオフセット量ｅは、ピストン３に最大燃焼圧Ｐｍａｘが作用したときに、クランクピン中心Ｃがシリンダ５の中心軸上に位置するように設定されている。
【００１７】
いま、図４に示すように、両ピストンがオフセットされた位置に配置されておらず、クランク軸の回転中心と両シリンダのシリンダ軸が一直線上にある場合を考える。この場合には、クランクピンに対して最大燃焼圧的にモーメントが働き、ピストンサイドフォースが増大するので、フリクションＦは、Ｆ＝μＮ（μは摩擦係数、Ｎはモーメント力）の公式にしたがって増大する。このため、フリクションＦは、下記（２）式によって表すことができる。
【００１８】
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（２）式から判るように、回転中心とクランクピン中心とのシリンダ軸への直交方向成分の距離ｘが小さいほど、フリクションＦは小さくなる。ところが、両ピストンがオフセットされた位置に配置されておらず、クランク軸の回転中心と両シリンダのシリンダ軸が一直線上にある場合には、回転中心とクランクピン中心とのシリンダ軸への直交方向成分の距離ｘが大きくなってしまい、その結果フリクションＦが増大することとなる。
【００１９】
この点、本実施形態に係るエンジン１では、第一ピストン３および第二ピストン４は、それぞれクランクシャフト９の回転中心Ｏからオフセット量ｅだけオフセットされている。このため、ピストンに燃焼圧が作用する際に、回転中心とクランクピン中心とのシリンダ軸への直交方向成分の距離ｘを小さくすることができる。したがって、フリクションＦを小さくすることができる。
【００２０】
また、本実施形態に係るエンジン１におけるクランク角θは、図３に示すように、クランクピン中心Ｃがシリンダ５の中心付近に位置するような値に設定されている。通常、燃焼行程における最大燃焼圧Ｐｍａｘは、１０°≦θ≦３０°の範囲において発生する。この点を考慮すると、オフセット量ｅは、下記（３）式で求めた値に設定するのが好適となる。
【００２１】
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ところが、エンジンブレーキなどの影響によって燃焼圧Ｐが負になる状況も実際には起こり、そのときはサイドフォースが逆方向に働くので、オフセットを与えることがフリクションの増加を招くことが考えられる。したがって、オフセット量ｅは、最大燃焼圧Ｐｍａｘが作用するときのクランク角を最大値として、それ以下の値にすることがトータル的な運転条件範囲の中では好ましい。このため、下記（１）式の範囲でオフセット量を設定するのが好適である。
【００２２】
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また、このときの燃焼圧Ｐとクランク角との関係について、好適な例を図５に示す。図５に示すように、クランク角が２０°程度のあたりが頂点となるように燃焼圧とすることにより、フリクションの低減を好適に図ることができる。
【００２３】
このように、ピストン３，４をオフセットさせ、クランクシャフト９の回転中心からずれた位置に配置することにより、シリンダに対するピストンのフリクションを低減することができ、もって騒音や振動を低減することができる。
【００２４】
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図６は、本発明の第２の実施形態に係るエンジンの側断面図である。図６に示すように、本実施形態に係るエンジン２０は、ヨーク２１を備えており、ヨーク２１は４本のヨークエレメント２１Ａ〜２１Ｄを有している。これらのうちの第一ヨークエレメント２１Ａ〜第四ヨークエレメント２１Ｄには、それぞれ第一ピストン２２〜第四ピストン２５が取り付けられており、第一ピストン２２および第二ピストン２３、並びに第三ピストン２４および第四ピストン２５は、それぞれ互いに隣接しかつ平行に設けられている。さらに、第一ピストン２２に対向する位置に第三ピストン２４が配置され、第二ピストン２３に対向する位置に第四ピストン２５が配置されている。
【００２５】
また、エンジン２０は、これらのピストン２２〜２５がそれぞれ往復動させられる第一シリンダ２６〜第四シリンダ２９を有している。第一シリンダ２６および第二シリンダ２７、および第三シリンダ２８および第四シリンダ２９は、互いに平行に設けられている。第一ピストン２２および第三ピストン２４、並びに第二ピストン２３および第四ピストン２５は、それぞれ互いにオフセット量ｅ０だけ、ピストン２２〜２５の往復動に直交し、かつクランク軸の軸方向に直交する方向にオフセットされている。さらに、同一の側に位置する第一シリンダ２６と第二シリンダ２７との間の中心、および第三シリンダ２８と第四シリンダ２９との間の中心と、クランク軸の回転中心Ｏとの距離はオフセット量ｅ１だけピストン２２〜２５の往復動に直交し、かつクランク軸の軸方向に直交する方向にオフセットされている。
【００２６】
また、ヨーク２１には、各シリンダ２６〜２９の先端部には、それぞれシリンダヘッド３０〜３４が取り付けられている。その他の点については、上記第１の実施形態と同様の構成を有している。
【００２７】
以上の構成を有する本実施形態に係るエンジン２０では、それぞれクランクシャフト９の回転中心Ｏからオフセット量ｅ０だけ、すなわち対向するシリンダ同士ではオフセット量ｅ０だけオフセットされている。このため、上記第１の実施形態と同様、ピストンに燃焼圧が作用する際に、回転中心とクランクピン中心とのシリンダ軸への直交方向成分の距離ｘを小さくすることができる。したがって、フリクションＦを小さくすることができる。
【００２８】
また、本実施形態に係るエンジン２０では、同一の側に位置する第一シリンダ２６と第二シリンダ２７との間の中心、および第三シリンダ２８と第四シリンダ２９との間の中心と、クランク軸の中心Ｏとの距離はオフセット量ｅ１だけピストン２２〜２５の往復動に直交し、かつクランク軸の軸方向に直交する方向にオフセットされている。さらに具体的には、第一シリンダ２６または第二シリンダ２７内が燃焼状態となった直後にクランクピン１０が第一シリンダ２６の中心軸と第二シリンダ２７の中心軸との間に位置するように、第一シリンダ２６と第二シリンダ２７との間の中心をオフセットしている。あるいは、第三シリンダ２８または第四シリンダ２９内が燃焼状態となった直後にクランクピン１０が第三シリンダ２８の中心軸と第四シリンダ２９の中心軸との間に位置するように、第三シリンダ２８と第四シリンダ２９との間の中心をオフセットしている。
【００２９】
いま、各シリンダ２６〜２９に対してピストン２２〜２５がそれぞれ往復動する際に、ピストンサイドフォースが増加すると、急激にピストンとシリンダとの摩擦力は増大し、この摩擦力が所定値以上となるとピストンの摺動の円滑さに悪影響を及ぼす。そこで、第一シリンダ２６および第二シリンダ２７での最大摩擦力を低減するには、ピストンサイドフォースの最大値を低く抑えれば良いので、本実施例のように同一の側に位置する第一シリンダ２６と第二シリンダ２７との間の中心と、クランク軸の中心Ｏとの距離をオフセット量ｅ１だけオフセットされている。このようなオフセットを行うことにより、第一シリンダ２６および第二シリンダ２７のピストンサイドフォースを均等にし、その間の最大摩擦力を低減することができる。同様に、第三シリンダ２８と第四シリンダ２９との間の中心と、クランク軸の中心Ｏとの距離をオフセット量ｅ１だけオフセットすることにより、第三シリンダ２８および第四シリンダ２９のピストンサイドフォースを均等にし、その間の最大摩擦力を低減することができる。
【００３０】
なお、上記各実施形態では、４サイクルエンジンへの適用について説明したが、２サイクルエンジンに対しても適用できることはいうまでもない。
【００３１】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、シリンダに対するピストンのフリクションを低減することにより、騒音や振動を低減することができるスコッチヨーク式エンジンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態に係るスコッチヨーク式エンジンの側断面図である。
【図２】第１の実施形態に係るスコッチヨーク式エンジンの分解斜視図である。
【図３】ピストンのオフセット量とクランク角との関係を説明するための模式図である。
【図４】従来のピストンのオフセット量とクランク角との関係を説明するための模式図である。
【図５】燃焼圧とクランク角との関係を示すグラフである。
【図６】第２の実施形態に係るスコッチヨーク式エンジンの側断面図である。
【図７】従来のスコッチヨーク式エンジンの側断面図である。
【符号の説明】
１…エンジン、２…ヨーク、２Ａ…第一ヨークエレメント、２Ｂ…第二ヨークエレメント、３…第一ピストン、４…第二ピストン、５…第一シリンダ、６…第二シリンダ、７…レール、８…スライダ、９…クランクシャフト、１０…クランクピン、１１…クランク軸、１２，１３…シリンダヘッド、１４，１５…バルブ、１６…オイルパン、１７…オイルストレーナ、２０…エンジン、２１…ヨーク、２１Ａ〜２１Ｄ…第四ヨークエレメント、２２…第一ピストン、２３…第二ピストン、２４…第三ピストン、２５…第四ピストン、２６…第一シリンダ、２７…第二シリンダ、２８…第三シリンダ、２９…第四シリンダ、３０〜３４…シリンダヘッド、Ｃ…クランクピン中心、ｅ…オフセット量、ｅ０…オフセット量、ｅ１…オフセット量、Ｏ…（回転）中心、θ…クランク角。
【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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