(57)【要約】【課題】レシプロタイプのエンジン又は圧縮機において、クランク機構の構成部品を簡素化及び小型化し、動力軸に対して垂直な方向の振動を抑制する。【解決手段】エンジン３０は、動力軸３と、動力軸３を中心とした所定の円周に沿って配置され、それぞれが動力軸３に対し略平行に設けられた複数のシリンダー２と、複数のシリンダー２の各々に設けられた複数のピストン２１と、複数のピストン２１の各々に接続され、ピストン２１の往復運動を回転運動に変換する複数のクランク機構５，６と、複数のクランク機構の各々によって変換された回転運動を動力軸３に伝達させて動力軸３を回転させる動力伝達機構１７，１８とを備えている。【選択図】図１
2017015093.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力軸と、
前記動力軸を中心とした所定の円周に沿って配置され、それぞれが前記動力軸に対し略平行に設けられた複数のシリンダーと、
前記複数のシリンダーの各々に設けられた複数のピストンと、
前記複数のピストンの各々に接続され、該ピストンの往復運動を回転運動に変換する複数のクランク機構と、
前記複数のクランク機構の各々によって変換された回転運動を前記動力軸に伝達させて該動力軸を回転させる動力伝達機構とを備えていることを特徴とする、エンジン。
【請求項２】
前記複数のシリンダーの各々のシリンダーヘッドに設けられた吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方を駆動対象としており、前記動力軸に一体化されて該動力軸を中心に回転し、各シリンダーについてシリンダーヘッドに対面する位置で、駆動対象のバルブをピストン側に押して移動させるバルブ押付部を備え、
前記駆動対象のバルブは、前記バルブ押付部によって押されて前記ピストン側へ移動する期間に開弁し、前記バルブ押付部が離れると弾性部材によって元の位置に戻って閉弁することを特徴とする、請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
動力を受けて回転する駆動軸と、
前記駆動軸を中心とした所定の円周に沿って配置され、それぞれが前記駆動軸に対し略平行に設けられた複数のシリンダーと、
前記複数のシリンダーの各々に設けられて、該シリンダー内に圧縮室を形成する複数のピストンと、
前記複数のピストンの各々に接続され、自らの回転運動をピストンの往復運動に変換する複数のクランク機構と、
前記駆動軸の回転運動を前記複数のクランク機構の各々の回転運動に変換して、前記駆動軸の回転力を各クランク機構に伝達させる動力伝達機構とを備えていることを特徴とする、圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レシプロタイプのエンジン及び圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レシプロタイプのエンジンや圧縮機が知られている。特許文献１には、この種のエンジンが記載されている。このエンジンでは、ピストンの往復運動がクランクの回動運動に変換されて、クランクの回転運動が動力軸に伝達される。動力軸は、ピストンの移動方向に対して垂直方向に延びている。
【０００３】
また、特許文献２には、水冷式四サイクルのエンジンが記載されている。このエンジンでは、クランク軸に歯付きの駆動プーリーが固着され、カム軸に歯付きの従動プーリーが固着されている。駆動プーリーと従動プーリーとには、歯付きのタイミングベルトが巻き掛けられている。このエンジンでは、タイミングベルトによってクランク軸の回転がカム軸に伝達され、カム軸に一体化されたカムによって吸気バルブ及び排気バルブが開閉される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１６１２０７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６３１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来のレシプロタイプのエンジンでは、複数のピストンに対して１本のクランク軸が設けられており、クランク軸が比較的長くなる。そのため、エンジン自体も長くなり、エンジンの重量が大きくなる虞がある。また、複数のピストンに対応してクランク軸に複数のクランクピンが設けられているため、クランク軸の形状及び構造が複雑になる。そのため、高強度のクランク軸を高精度に製造することが要求される場合に、クランク軸の製造が容易ではない。また、動力軸に対してピストンの移動方向が垂直になっており、自動車の場合に上下方向の振動が比較的大きくなる虞がある。また、従来のレシプロタイプの圧縮機でも、多気筒の場合に同様の問題が生じる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、レシプロタイプのエンジン又は圧縮機において、クランク機構の構成部品を簡素化及び小型化し、動力軸（又は駆動軸）に対して垂直な方向の振動を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の課題を解決するべく、第１の発明は、動力軸と、動力軸を中心とした所定の円周に沿って配置され、それぞれが動力軸に対し略平行に設けられた複数のシリンダーと、複数のシリンダーの各々に設けられた複数のピストンと、複数のピストンの各々に接続され、該ピストンの往復運動を回転運動に変換する複数のクランク機構と、複数のクランク機構の各々によって変換された回転運動を動力軸に伝達させて該動力軸を回転させる動力伝達機構とを備えているエンジンである。なお、発明者は、このエンジンを「ＮＳ（ＮＥＷ  ＳＹＳＴＥＭ）エンジン」と名付けた。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、複数のシリンダーの各々のシリンダーヘッドに設けられた吸気バルブ又は排気バルブの少なくとも一方を駆動対象としており、動力軸に一体化されて該動力軸を中心に回転し、各シリンダーについてシリンダーヘッドに対面する位置で、駆動対象のバルブをピストン側に押して移動させるバルブ押付部を備え、駆動対象のバルブは、バルブ押付部によって押されてピストン側へ移動する期間に開弁し、バルブ押付部が離れると弾性部材によって元の位置に戻って閉弁する。
【０００９】
第３の発明は、動力を受けて回転する駆動軸と、駆動軸を中心とした所定の円周に沿って配置され、それぞれが駆動軸に対し略平行に設けられた複数のシリンダーと、複数のシリンダーの各々に設けられて、シリンダー内に圧縮室を形成する複数のピストンと、複数のピストンの各々に接続され、自らの回転運動をピストンの往復運動に変換する複数のクランク機構と、駆動軸の回転運動を複数のクランク機構の各々の回転運動に変換して、駆動軸の回転力を各クランク機構に伝達させる動力伝達機構とを備えている圧縮機である。
【発明の効果】
【００１０】
第１の発明では、ピストン毎にクランク機構がそれぞれ設けられている。そのため、複数のピストンに対して１本のクランク軸を設ける従来のエンジンに比べて、各クランク機構の構成部品を簡素化及び小型化することができる。また、各シリンダーが動力軸に対し略平行に設けられ、各ピストンの移動方向が動力軸に対し略平行となる。そのため、動力軸に対して垂直な方向の振動を抑制することができる。第１の発明によれば、クランク機構の構成部品を簡素化及び小型化でき、動力軸に対して垂直な方向の振動を抑制することができるエンジンを提供することができる。
【００１１】
第２の発明では、エンジンの動作中に、動力軸と一体化されたバルブ押付部が、動力軸を中心に回転する。その際、バルブ押付部は、シリンダーヘッドに対面する位置で、駆動対象のバルブをピストン側へ押して開弁させる。そして、バルブ押付部が回転して駆動対象のバルブから離れると、弾性部材が駆動対象のバルブを閉弁させる。ここで、従来のエンジンでは、タイミングベルトやそれに付随するプーリーなどを用いて、クランク軸の回転力をカム軸に伝達させ、カム軸に一体化されたカムによって吸気バルブや排気バルブを開閉する。従来は、バルブ駆動機構の構造が複雑で、エネルギーロスが大きい。それに対し、第２の発明では、動力軸と一体化されたバルブ押付部を用いて、駆動対象のバルブを開閉する。タイミングベルトやプーリーなどを設ける必要がない。そのため、従来のエンジンに比べて、バルブ押付部を含むバルブ駆動機構を簡素化することができ、バルブ駆動機構におけるエネルギーロスを低減させることができる。
【００１２】
第３の発明では、第１の発明と同様に圧縮機においても、クランク機構の構成部品を簡素化及び小型化でき、駆動軸に対して垂直な方向の振動を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態１に係るエンジンの斜視図
【図２】バルブ駆動用円板の斜視図
【図３】第１の支持板をシリンダーヘッド側から見た図
【図４】第２の支持板をシリンダーヘッド側から見た図
【図５】方向変換ギアボックスの内部を説明するための図
【図６】エンジンにおいて吸気行程中の状態を説明するための図
【図７】エンジンにおいて圧縮行程中の状態を説明するための図
【図８】エンジンにおいて爆発行程中の状態を説明するための図
【図９】エンジンにおいて排気行程中の状態を説明するための図
【図１０】エンジンの各シリンダーにおける行程の遷移を示す図
【図１１】実施形態２に係る圧縮機の要部の斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜実施形態１＞
以下、図１−図１０を参照しながら、本発明の実施形態１を詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の一例であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１５】
［１．内燃機関の構成について］
エンジン３０は、レシプロタイプの４サイクル多気筒エンジンである。エンジン３０は、例えば、自動車やオートバイなどの移動体の動力源として用いられる。エンジン３０は、図１などに示すように、真っすぐなシャフトにより構成された動力軸３（出力軸）と、動力軸３を中心とした所定の円周（単一の円周）に沿って配置された複数のシリンダー２と、複数のシリンダー２の各々に設けられた複数のピストン２１（図６などを参照）とを備えている。
【００１６】
動力軸３は、動力軸３を回転自在に支持する軸受８が中心部に設けられた第１〜第３の支持板３１〜３３に支持されている。３枚の支持板３１〜３３は、動力軸３の軸方向に間隔を開けて配置され、動力軸３に対し垂直に設けられている。各支持板３１〜３３には、各シリンダー２の外側を覆う矩形板状のハウジング１が取り付けられている。図３及び図４では、切断面を含めてハウジング１にハッチングを付している。
【００１７】
各シリンダー２は、略円筒状に形成されている。各シリンダー２内には、略円柱状のピストン２１が軸方向に摺動自在に設けられている。各シリンダー２内には、ピストン２１によって燃焼室が区画形成されている。各シリンダー２は、軸方向が動力軸３と略平行で、且つ、シリンダーヘッド２ａが動力軸３の一端側（図１において手前側）を向くように設けられている。全てのシリンダー２は、シリンダーヘッド２ａが同じ側を向いている。全てのシリンダー２は、動力軸３の軸方向において同じ位置に配置されている。
【００１８】
各シリンダー２は、第１の支持板３１及び第２の支持板３２の取付穴に嵌め込まれて固定されている。図３に示す第１の支持板３１は、各シリンダー２におけるシリンダーヘッド２ａ側を支持している。図４に示す第２の支持板３２は、各シリンダー２におけるシリンダーヘッド２ａとは反対側を支持している。
【００１９】
本実施形態では、エンジン３０が４つのシリンダー２を備えている。４つのシリンダー２は、動力軸３を中心とした同一半径の円周上に、等角度間隔（９０度間隔）で配置されている。なお、エンジン３０におけるシリンダー２の個数は、４つに限定されず、例えば２つ、３つ、６つ又は８つであってもよいし、これら以外の個数であってもよい。
【００２０】
各シリンダーヘッド２ａの中心部には、図３に示すように、燃焼室の混合気に点火する点火プラグ１２が設けられている。また、各シリンダーヘッド２ａには、燃焼室に混合気を吸入するための吸気マニホールド１０の枝管と、燃焼室の燃焼ガスを排出するための排気マニホールド９の枝管が接続されている。吸気マニホールド１０の各枝管には、燃料を噴射する燃料噴射器（図示省略）が設けられている。
【００２１】
なお、吸気マニホールド１０では、例えば、動力軸３の近傍で、各シリンダー２に接続された４本の枝管が１本の上流側配管に繋がっている。また、排気マニホールド９では、例えば、各シリンダー２に接続された４本の枝管のうち２本が、図３におけるエンジン３０の上側で合流し、残りの２本が、図３におけるエンジン３０の下側で合流している。なお、吸気マニホールド１０及び排気マニホールド９の各構成は、本実施形態に限定されない。
【００２２】
各シリンダーヘッド２ａには、吸気マニホールド１０の出口（吸気ポート）を開閉する吸気バルブ２２と、排気マニホールド９の入口（排気ポート）を開閉する排気バルブ２３が設けられている。各吸気バルブ２２は、コイルバネなどの弾性部材（図示省略）によってシリンダー２の外側（図６において右側）に付勢され、バルブフェースが各吸気ポートの縁部のバルブシートに押し付けられている。各排気バルブ２３は、コイルバネなどの弾性部材（図示省略）によってシリンダー２の外側に付勢され、バルブフェースが各排気ポートの縁部のバルブシートに押し付けられている。各吸気バルブ２２及び各排気バルブ２３は、バルブ駆動機構によって開期間及び閉期間が制御される。バルブ駆動機構についての詳細は後述する。
【００２３】
各シリンダーヘッド２ａでは、図３に示すように、動力軸３側から、吸気バルブ２２、点火プラグ１２、排気バルブ２３がこの順番で並んでいる。各シリンダー２では、排気バルブ２３よりも吸気バルブ２２の方が動力軸３側に設けられている。全ての吸気バルブ２２の吸気バルブロッド１６（バルブステム）は、動力軸３を中心とした第１の円周（動力軸３の軸心から吸気バルブロッド１６の軸心までの距離を半径とする円周）上に配置されている。全ての排気バルブ２３の排気バルブロッド１１（バルブステム）は、動力軸３を中心とした第２の円周（動力軸３の軸心から排気バルブロッド１１の軸心までの距離を半径とする円周）上に配置されている。第２の円周は、第１の円周より半径が大きい。なお、各シリンダー２において、吸気バルブ２２よりも排気バルブ２３の方を動力軸３側に設けてもよい。
【００２４】
図５は、方向変換ギアボックス４を第２の支持板３２側から見た図である。各ピストン２１には、ピストンピン１９によってコンロッド６の一端側が連結されている。コンロッド６の他端側は、クランクピン２０によってクランク５のクランクアーム５ａに連結されている。コンロッド６及びクランク５は、クランク機構を構成している。本実施形態では、エンジン３０が、複数のピストン２１の各々に接続され、ピストン２１の往復運動を回転運動に変換する複数のクランク機構をさらに備えている。４つのクランク５は、動力軸３の周囲に等角度間隔で配置されている。
【００２５】
各クランク５のクランク軸５ｂは、図５に示すように、動力軸３に略垂直に設けられている。各クランク軸５ｂの軸心の延長線上に、動力軸３の軸心が存在する。各クランク軸５ｂは、動力軸３側から見て反時計回りに回転する。各クランク軸５ｂは、ハウジング１の内面に取り付けられたクランク軸受７によって回転自在に支持されている。また、各クランク軸５ｂは、矩形筒状の方向変換ギアボックス４の周壁部４ａを貫通し、その周壁部４ａにも回転自在に支持されている。方向変換ギアボックス４は、第３の支持板３３の内面に取り付けられている。
【００２６】
各クランク軸５ｂには、図５に示すように、方向変換ギアボックス４の内側においてクランク軸側ベベルギア１８が固定されている。各クランク軸側ベベルギア１８は、ギア形成面が動力軸３側を向いている。４つのクランク軸側ベベルギア１８は、動力軸３の周囲に等角度間隔で配置されている。
【００２７】
また、動力軸３には、クランク軸側ベベルギア１８よりも大径でギア数が多い動力軸側ベベルギア１７が固定されている。動力軸側ベベルギア１７は、方向変換ギアボックス４の内側において第３の支持板３３側に配置され、ギア形成面がシリンダー２側（動力軸３の一端側）を向いている。
【００２８】
方向変換ギアボックス４の内側では、動力軸側ベベルギア１７に各クランク軸側ベベルギア１８が噛み合わされている。４つのクランク軸側ベベルギア１８及び１つの動力軸側ベベルギア１７は、動力伝達機構を構成している。本実施形態では、エンジン３０が、複数のクランク機構の各々によって変換された回転運動を動力軸３に伝達させて動力軸３を回転させる動力伝達機構をさらに備えている。動力伝達機構は、各クランク軸５ｂの回転運動を、各クランク軸５ｂに垂直な動力軸３の回転運動へ変換する。
【００２９】
エンジン３０は、吸気バルブ２２及び排気バルブ２３の各々を駆動対象とするバルブ駆動機構をさらに備えている。バルブ駆動機構は、動力軸３に一体化されている。バルブ駆動機構は、動力軸３を中心に動力軸３と共に回転する。バルブ駆動機構は、図２に示すように、動力軸３に固定されたバルブ駆動用円板１３と、バルブ駆動用円板１３の内面（シリンダー２側の面）から突出する吸気用凸部１５（吸気カム）と、バルブ駆動用円板１３の内面から突出する排気用凸部１４（排気カム）とを備えている。吸気用凸部１５及び排気用凸部１４は、バルブ押付部に相当する。吸気用凸部１５は、バルブ駆動用円板１３の内面において、排気用凸部１４よりも動力軸３側に配置されている。
【００３０】
バルブ駆動用円板１３は、吸気バルブ２２及び排気バルブ２３のうち外側のバルブを覆うだけの大きさ（半径）を有し、各シリンダー２のシリンダーヘッド２ａに間隔を開けて対面するように設けられている。バルブ駆動用円板１３は、バルブ駆動用板を構成し、本実施形態のように円形の板状部材を用いてもよいし、他の形状（例えば多角形）の板状部材を用いてもよい。
【００３１】
吸気用凸部１５は、バルブ駆動用円板１３の内面において、動力軸３を中心として第１の円周と同一半径の円周上に沿って部分的に形成された円弧状の凸部である。吸気用凸部１５は、動力軸３及びバルブ駆動用円板１３と共に回転し、各シリンダー２についてシリンダーヘッド２ａに対面する位置で、そのシリンダーヘッド２ａに設けられた吸気バルブ２２の吸気バルブロッド１６の端をピストン２１側へ押して、吸気バルブ２２を移動させる。
【００３２】
吸気バルブ２２は、吸気用凸部１５によって押されてピストン２１側へ移動する期間に亘って開弁する。この期間は、吸気バルブ２２のバルブフェースをバルブシートに押し付けていた弾性部材が収縮する。そして、シリンダーヘッド２ａに対面する位置を吸気用凸部１５が通過して、吸気用凸部１５が吸気バルブロッド１６から離れると、弾性部材の復元力によって吸気バルブ２２が元の位置に戻って閉弁する。なお、吸気用凸部１５は、少なくとも、回転方向の先頭側が斜面になっている。
【００３３】
排気用凸部１４は、バルブ駆動用円板１３の内面において、動力軸３を中心として第２の円周と同一半径の円周上に沿って部分的に形成された円弧状の凸部である。排気用凸部１４は、動力軸３及びバルブ駆動用円板１３と共に回転し、各シリンダー２についてシリンダーヘッド２ａに対面する位置で、そのシリンダーヘッド２ａに設けられた排気バルブ２３の排気バルブロッド１１の端をピストン２１側へ押して、排気バルブ２３を移動させる。
【００３４】
排気バルブ２３は、排気用凸部１４によって押されてピストン２１側へ移動する期間に亘って開弁する。この期間は、排気バルブ２３のバルブフェースをバルブシートに押し付けていた弾性部材が収縮する。そして、シリンダーヘッド２ａに対面する位置を排気用凸部１４が通過して、排気用凸部１４が排気バルブロッド１１から離れると、弾性部材の復元力によって排気バルブ２３が元の位置に戻って閉弁する。なお、排気用凸部１４は、少なくとも、回転方向の先頭側が斜面になっている。
【００３５】
図２に示すバルブ駆動用円板１３には、点火位置に対応する位置に突起を便宜的に設けている。図２では、バルブ駆動用円板１３が反時計回りに回転する。各シリンダー２では、突起が点火プラグ１２の真横に来たタイミング（ピストン２１が圧縮上死点近傍に来たタイミング）で、点火プラグ１２が混合気に点火する。なお、クランク軸側ベベルギア１８の歯数と動力軸側ベベルギア１７の歯数との比率を１：２となっている。そのため、クランク軸側ベベルギア１８が２回転すると、動力軸側ベベルギア１７が１回転する。つまり、ピストン２１が２往復すると（吸入、圧縮、膨張、排気の４つの行程が行われると）、動力軸３が１回転する。ピストン２１が半往復すると、バルブ駆動用円板１３が９０度回転する。
【００３６】
突起は、排気用凸部１４の先頭よりも反時計回りに略９０度（例えば９０〜１００度）進角した位置に設けられている。そのため、各シリンダー２では、点火プラグ１２による点火後にバルブ駆動用円板１３が略９０度回転して、排気用凸部１４の先頭側が排気バルブ２３の真横に来たタイミング（ピストン２１が下死点に到達したタイミング）で、排気バルブ２３が排気用凸部１４に押されて開弁する。排気用凸部１４は、動力軸３を中心とした略９０度（例えば９０〜１００度）の角度範囲に亘って形成されている。そのため、各シリンダー２では、排気バルブ２３の開弁後にバルブ駆動用円板１３が略９０度回転して、排気用凸部１４の後尾が排気バルブ２３の真横を通過したタイミング（ピストン２１が上死点に到達したタイミング）で、排気バルブ２３から排気用凸部１４が離れて排気バルブ２３が閉弁する。なお、厳密には、ピストン２１が上死点を通過したタイミングの少し後に、排気バルブ２３は閉弁する。
【００３７】
ここで、バルブ駆動用円板１３の回転方向において、吸気用凸部１５の先頭は、排気用凸部１４の後尾と略同じ角度位置になっている。そのため、排気バルブ２３が閉弁するタイミングと、吸気バルブ２２が開弁するタイミングとがほぼ同じである。厳密には、排気バルブ２３が閉弁する少し前に吸気バルブ２２が開弁するように、バルブ駆動用円板１３の回転方向において、吸気用凸部１５の先頭は、排気用凸部１４の後尾よりも少しだけ排気用凸部１４の先頭側まで延びている。
【００３８】
各シリンダー２では、吸気用凸部１５の先頭側が吸気バルブ２２の真横に来たタイミング（ピストン２１が上死点に到達したタイミング）で、吸気バルブ２２が吸気用凸部１５に押されて開弁する。吸気用凸部１５は、動力軸３を中心とした略９０度（例えば９０〜１００度）の角度範囲に亘って形成されている。そのため、各シリンダー２では、吸気バルブ２２の開弁後にバルブ駆動用円板１３が略９０度回転して、吸気用凸部１５の後尾が吸気バルブ２２の真横を通過したタイミング（ピストン２１が下死点に到達したタイミング）で、吸気バルブ２２から吸気用凸部１５が離れて吸気バルブ２２が閉弁する。なお、厳密には、ピストン２１が下死点を通過したタイミングの少し後に、吸気バルブ２２は閉弁する。
【００３９】
［２．内燃機関の動作について］
各シリンダー２では、吸気行程、圧縮行程、爆発行程（膨張行程）、排気工程の４つの工程が、この順番で繰り返し行われる。
【００４０】
具体的に、各シリンダー２では、図６に示すように、吸気用凸部１５によって吸気バルブ２２がピストン２１側へ押されて開弁し、ピストン２１が下死点側へ移動することで、吸気行程が行われる。吸気行程では、吸気マニホールド１０を通じて、燃料噴射器から噴射された燃料が混ざった混合気が燃焼室に流入する。
【００４１】
続いて、吸気用凸部１５が通過して吸気バルブ２２が元の位置に戻って閉弁し、図７に示すように、ピストン２１が上死点側へ移動することで、圧縮行程が行われる。圧縮行程では、排気バルブ２３も閉じられている。圧縮行程では、吸気行程で燃焼室に吸入された混合気が圧縮される。
【００４２】
続いて、ピストン２１が上死点付近に到達したタイミングで点火プラグ１２によって混合気に点火することで、混合気が燃焼をする爆発行程が行われる。爆発行程では、吸気バルブ２２及び排気バルブ２３が閉じており、図８に示すように、燃焼室のガスが燃焼によって膨張してピストン２１が下死点側へ押される。
【００４３】
続いて、図９に示すように、排気用凸部１４によって排気バルブ２３がピストン２１側へ押されて開弁し、ピストン２１が上死点側へ移動することで、排気行程が行われる。排気行程では、排気マニホールド９を通じて、燃焼行程で燃焼した燃焼ガスが燃焼室から排出される。排気用凸部１４が通過すると、排気バルブ２３が元の位置に戻って閉弁する。
【００４４】
図１０は、エンジン３０の各シリンダー２における行程の遷移を示す図であり、シリンダーヘッド２ａ側から見た図である。図１０では、動力軸３は時計回りに回転する。バルブ駆動用円板１３も時計回りに回転するため、時計回りに各行程が４つのシリンダー２で行われる（図１０では、吸気行程のシリンダー２が、時計回りに（右下、左下、左上、右上の順番に）記載されている）。また、吸気行程のシリンダー２、圧縮行程のシリンダー２、爆発行程のシリンダー２、排気工程のシリンダー２が反時計回りに並んでいる。４つのシリンダー２で互いに異なる行程が行われる。動力軸３が９０度回転するごとに、各シリンダー２における工程が、吸気行程、圧縮行程、爆発行程、排気工程の順番で変化する。
【００４５】
［３．実施形態の効果等］
本実施形態では、ピストン２１毎にクランク機構をそれぞれ設けて、ベベルギア１７，１８を用いて各クランク機構のクランク軸５ｂの回転運動を、クランク軸５ｂに垂直な動力軸３に伝達させている。そのため、複数のピストンに対して１本のクランク軸を設ける従来のエンジンに比べて、各クランク機構の構成部品を簡素化及び小型化することができる。また、各シリンダー２が動力軸３に対し略平行に設けられ、各ピストン２１の移動方向が動力軸３に対し略平行となる。そのため、動力軸３に対して垂直な方向の振動を抑制することができる。本実施形態によれば、クランク機構の構成部品を簡素化及び小型化でき、動力軸３に対して垂直な方向の振動を抑制することができるエンジン３０を提供することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、複数のシリンダー２が動力軸３を中心として周方向に等角度間隔で配置されているため、エンジン３０を全体的にコンパクトに纏めることができ、エンジン３０の軽量化を図ることができる。すなわち、立体思考の構造によりエンジン３０をコンパクトに設計でき、メインテナンスが容易であると共に、エンジン３０の軽量化を図ることが可能である。従って、エンジン３０を搭載した移動体の燃費を向上させて、排気ガスを削減することが可能である。
【００４７】
また、本実施形態では、各シリンダー２の中心が同一の円周上にある。そのため、各シリンダー２の排気ポート又は吸気ポートから延びるマニホールド９，１０における配管の取り回しが容易である。
【００４８】
また、本実施形態では、エンジン３０の動作中に、動力軸３と一体化された凸部１４，１５（バルブ押付部）が、動力軸３を中心に回転する。その際、凸部１４，１５は、シリンダーヘッド２ａに対面する位置で、駆動対象のバルブ２２，２３をピストン２１側へ押して開弁させる。そして、凸部１４，１５が駆動対象のバルブ２２，２３から離れると、弾性部材が駆動対象のバルブ２２，２３を閉弁させる。従来のエンジンとは異なり、タイミングベルトやプーリーなどを設ける必要がない。そのため、従来のエンジンに比べて、バルブ駆動機構を簡素化させることができ、バルブ駆動機構におけるエネルギーロスを低減させることができる。
【００４９】
また、本実施形態では、クランク機構やバルブ駆動機構を簡素化することができるため、部品点数を削減することができる。また、エンジン３０の部品の製造及び組み立てを容易化することができる。従って、エンジン開発費等を含めエンジン自体のコストを低減させることができる。
【００５０】
また、本実施形態では、各シリンダー２が動力軸３と平行であり、各シリンダー２の中心が動力軸３を中心とする同一の円周上に配置されている。そのため、バルブ駆動用円板１３の片面上において半径と円弧の長さを変えて形成した二列の凸部１４，１５によって、全てのシリンダー２の吸気バルブ２２及び排気バルブ２３を開閉させることができる。すなわち、凸部１４，１５を全てのシリンダー２で共用することができる。また、本実施形態では、ピストン２１の半往復がバルブ駆動用円板１３の９０度回転に対応しており、クランク角の変化量に対するバルブ駆動用円板１３の回転角度を目視で理解しやすく、吸気バルブ２２と排気バルブ２３のオーバーラップ等の調整も容易である。
【００５１】
また、本実施形態では、動力軸３を挟んで対向する一対のシリンダー２で、ピストン２１のクランク角が３６０度異なるように設定されている（この場合、クランク軸を中心とするクランクピンの角度位置は同じである）。図１０において、右上のシリンダー２と左下のシリンダー２とでピストン２１のクランク角が３６０度異なり、左上のシリンダー２と右下のシリンダー２とでピストン２１のクランク角が３６０度異なる。動力軸３を挟んで対向する一対のシリンダー２では、一方のピストン２１がシリンダーヘッド２ａ側へ前進する際にもう一方のピストン２１も前進し、一方のピストン２１が後退する際にもう一方のピストン２１も後退する。また、動力軸３を挟んで対向する一対のシリンダー２では、図１０に示すように、これらのシリンダー２の中心間を結ぶ直線に対し、ピストン２１が前進中又は後退中にコンロッド６が反対側を向く。また、動力軸３を中心とする周方向において隣り合うシリンダー２では、ピストン２１のクランク角が１８０度異なるように設定され、ピストン２１の移動方向が逆向きになる。以上より、４つのピストン２１において振動が互いに打ち消し合い、エンジン３０の振動を低減することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、クランク軸側ベベルギア１８の歯数と動力軸側ベベルギア１７の歯数との比率（ギア比）を１：２にすることで、動力軸側ベベルギア１７が１回転する期間に、４つの行程が行われる。４つのシリンダー２では、図１０に示すように、動力軸３の角度位置について９０度毎に順番に爆発行程が行われる。そのため、動力軸３をスムーズに回転させることができる。なお、エンジン３０では、シリンダー２の数（気筒数）、上述のギア比、及び、クランク軸側ベベルギア１８と動力軸側ベベルギア１７との噛み合わせ位置によって任意にサイクルを変更できる。
【００５３】
［４．変形例１］
変形例１に係るエンジン３０では、動力軸側ベベルギア１７と向かい合わせに支持用ベベルギアを設けて、動力軸側ベベルギア１７と支持用ベベルギアとによって各クランク軸側ベベルギア１８を挟み込んでいる。支持用ベベルギアは、動力軸３とは別の回転軸に取り付けて空転させる。これにより、動力軸側ベベルギア１７に対する各クランク軸側ベベルギア１８の噛み合わせを安定化させることができ、両ベベルギア１７、１８の摩耗を低減させることができる。
【００５４】
［５．変形例２］
変形例２に係るエンジン３０では、バルブ駆動用円板１３上における径方向の所定の範囲（凸部１４，１５の幅程度の範囲）において、吸気用凸部１５及び排気用凸部１４の各々が可動に設けられている。
【００５５】
弾性部材によって吸気用凸部１５は内側へ押し付けられている。そのため、動力軸３の回転速度が上昇して遠心力が大きくなるに従って、弾性部材が収縮して吸気用凸部１５は外側へ移動する。この場合、吸気用凸部１５の幅方向において内側ほど突出高を高くすることで、吸気用凸部１５が所定の範囲において径方向の外側へ移動するほど、吸気バルブ２２のリフト量を大きくすることができる。また、吸気用凸部１５の先頭側において斜面を長くすることで（先頭の位置を進角させることで）、吸気用凸部１５が径方向の外側へ移動するほど、吸気バルブ２２の開弁開始タイミングを早めることができる。
【００５６】
同様に、弾性部材によって排気用凸部１４は内側へ押し付けられている。そのため、動力軸３の回転速度が上昇して遠心力が大きくなるに従って、弾性部材が収縮して排気用凸部１４は外側へ移動する。この場合、排気用凸部１４の幅方向において内側ほど突出高を高くすることで、排気用凸部１４が所定の範囲において径方向の外側へ移動するほど、排気バルブ２３のリフト量を大きくすることができる。また、排気用凸部１４の先頭側において斜面を長くすることで（先頭の位置を進角させることで）、排気用凸部１４が径方向の外側へ移動するほど、排気バルブ２３の開弁開始タイミングを早めることができる。変形例２によれば、簡素な構成で、吸気バルブ２２及び排気バルブ２３を高低速の可変バルブに構成することができる。高低速の可変バルブは、上述の方法以外にも遠心力を利用した可動構成で実現することができる。
【００５７】
なお、他の手段を用いて、吸気バルブ２２及び排気バルブ２３を可変バルブにしてもよい。例えば、吸気用凸部１５の先頭側又は後尾側を分割して、その分割体をバルブ駆動用円板１３から突出する状態と突出しない状態とに切り替えることで、バルブ駆動用円板１３の周方向における吸気用凸部１５の長さを変更するようにしてもよい。すなわち、吸気用凸部１５の本体の先頭側又は後尾側に連続して、モーターなどによってバルブ駆動用円板１３の厚さ方向に移動する分割体を設けてもよい。モーターは、エンジン３０の運転状態などに基づいて任意に制御可能である。なお、排気用凸部１４についても同様の構成を採用することができる。
【００５８】
［６．その他の変形例］
上記実施形態において、エンジン３０は発電機（エンジン発電機）として用いてもよい。
【００５９】
上記実施形態において、ベベルギアの代わりに、減速比が大きいウォームギアを用いてもよい。また、ベベルギアやウォームギア以外の歯車を用いて、各クランク機構のクランク軸５ｂの回転運動を、クランク軸５ｂに垂直な動力軸３に伝達させてもよい。
【００６０】
上記実施形態では、エンジン３０が４気筒４サイクルエンジンであったが、これに限定されず、クランク軸側ベベルギア１８の歯数と動力軸側ベベルギア１７の歯数との比率（ギア比）を変更して多サイクルエンジンにしてもよい。例えば、６気筒エンジンにおいて、前述のギア比を１：３として６サイクルエンジンとしてもよい。この場合、排気工程後に、掃気吸入工程と掃気排気工程とを行うことができるように、バルブ駆動用円板１３において、排気用凸部１４及び吸気用凸部１５に加えて、吸気用凸部１５の後尾と略同じ角度位置から略６０度の角度範囲に亘って形成された掃気吸入用凸部と、掃気吸入用凸部の後尾と略同じ角度位置から略６０度の角度範囲に亘って形成された掃気排気用凸部を設ける。排気用凸部１４及び吸気用凸部１５も、略６０度の角度範囲に亘って形成する。これにより、自動車などの移動体の燃費を向上させて、排気ガスを削減することが可能である。
【００６１】
上記実施形態では、エンジン３０がガソリンエンジンであったが、ディーゼルやＨＣＣＩなど他のタイプのエンジンであってもよい。また、過給器を使用してもよい。
【００６２】
＜実施形態２＞
図１１を参照しながら、本発明の実施形態２を説明する。実施形態２は、レシプロタイプの多気筒圧縮機１３０である。圧縮機１３０は、真っすぐなシャフトにより構成された駆動軸１０３（入力軸）と、駆動軸１０３を中心とした所定の円周（単一の円周）に沿って配置された複数のシリンダー２と、複数のシリンダー２の各々に設けられた複数のピストン２１とを備えている。図１１では１つのシリンダー２のみを記載しているが、図１と同様に、複数のシリンダー２は、駆動軸１０３を中心とした同一半径の円周上に、等角度間隔で配置されている。
【００６３】
各シリンダー２内には、ピストン２１が軸方向に摺動自在に設けられている。各シリンダー２内には、ピストン２１によって圧縮室が区画形成されている。各シリンダー２は、軸方向が駆動軸１０３と略平行で、且つ、シリンダーヘッドが駆動軸１０３の一端側（図１１において右側）を向くように設けられている。全てのシリンダー２は、駆動軸１０３の軸方向において同じ位置に配置されている。
【００６４】
各シリンダー２には、圧縮室に圧縮前のガスを吸入するための吸気管１１０と、圧縮室から圧縮後の高圧ガスを吐出するための吐出管１０９が接続されている。各シリンダー２には、吸気管１１０の出口（吸気ポート）を開閉する吸気バルブ１２２と、吐出管１０９の入口（吐出ポート）を開閉する吐出バルブ１２３が設けられている。
【００６５】
また、圧縮機１３０は、複数のピストン２１の各々に接続され、自らの回転運動をピストン２１の往復運動に変換する複数のクランク機構５，６と、駆動軸１０３の回転運動を複数のクランク機構５，６の各々の回転運動に変換して、駆動軸１０３の回転力を各クランク機構５，６に伝達させる動力伝達機構とを備えている。クランク機構５，６と動力伝達機構とは、上述の実施形態１と同じ構成を採用している。
【００６６】
圧縮機１３０では、各吸気バルブ１２２が、コイルバネなどの弾性部材（図示省略）によって各吸気ポートのバルブシートに押し付けられている。この状態からピストン２１が下死点側へ移動することで、圧縮室の内圧が低下して吸気バルブ１２２が開弁し、吸気管１１０から圧縮室にガスが吸入される吸気行程が行われる。また、各吐出バルブ１２３は、コイルバネなどの弾性部材（図示省略）によって各吐出ポートのバルブシートに押し付けられている。吸入行程後にピストン２１が上死点側へ移動すると圧縮行程が行われ、圧縮室の内圧が所定値を超えると吐出バルブ１２３が開弁して、高圧ガスが圧縮室から吐出管１０９に吐出される。
【産業上の利用可能性】
【００６７】
本発明は、レシプロタイプのエンジン又は圧縮機等に適用可能である。
【符号の説明】
【００６８】
２        シリンダー
３        動力軸 
５        クランク（クランク機構）
６        コンロッド（クランク機構）
１４      排気用凸部（バルブ押付部）
１５      吸気用凸部（バルブ押付部）
１７      動力軸側ベベルギア（動力伝達機構）
１８      クランク軸側ベベルギア（動力伝達機構）
２０      クランクピン
２１      ピストン
２２      吸気バルブ
２３      排気バルブ
３０      エンジン
１０３    駆動軸
１２２    吸気バルブ
１２３    吐出バルブ
１３０    圧縮機
【図１】
2017015093.tif 000003
【図２】
2017015093.tif 000004
【図３】
2017015093.tif 000005
【図４】
2017015093.tif 000006
【図５】
2017015093.tif 000007
【図６】
2017015093.tif 000008
【図７】
2017015093.tif 000009
【図８】
2017015093.tif 000010
【図９】
2017015093.tif 000011
【図１０】
2017015093.tif 000012
【図１１】
2017015093.tif 000013