JPH0539731A - オルダム駆動エンジン - Google Patents

オルダム駆動エンジン

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JPH0539731A
JPH0539731A JP3216177A JP21617791A JPH0539731A JP H0539731 A JPH0539731 A JP H0539731A JP 3216177 A JP3216177 A JP 3216177A JP 21617791 A JP21617791 A JP 21617791A JP H0539731 A JPH0539731 A JP H0539731A
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    • F16H21/10Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane
    • F16H21/16Gearings comprising primarily only links or levers, with or without slides all movement being in, or parallel to, a single plane for interconverting rotary motion and reciprocating motion
    • F16H21/18Crank gearings; Eccentric gearings
    • F16H21/22Crank gearings; Eccentric gearings with one connecting-rod and one guided slide to each crank or eccentric
    • F16H21/28Crank gearings; Eccentric gearings with one connecting-rod and one guided slide to each crank or eccentric with cams or additional guides
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ピストンエンジンにおける上死点からの最高
燃圧力を有効に出力軸17の回転出力として取り出す。 【構成】 フランジ8,9間に滑り子11を介挿させて
オルダム継手機構を形成し、一方のフランジ8をアイド
ラフランジ8とし、他方を出力フランジ9とするととも
に上記滑り子11の中心にピストンロッド4の出力端を
連結する。さらにシリンダ軸心Bに対しフランジ8,
9の中心線Bを滑り子11の反回転方向にθの位相角
を形成しておく。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明はオルダム継手の機構を
利用したオルダム駆動エンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】従来実用的に普及しているエンジンに
は、シリンダの往復動をロッドとクランクを介してクラ
ンク軸に回転運動として伝えるピストンエンジンや、ロ
ーターの回りに燃焼室を設けてローターを直接回転する
ロータリーエンジンが知られているが、ロータリーエン
ジンは出力軸の回転がスムースで出力効率が良い反面燃
費コストが高い等の理由で特殊な仕様のものにしか使わ
れていない。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に従来のピストン
エンジンは、燃焼力学上ピストンの上死点位置で爆発し
た時の圧力が最高であり、ピストン作動開始直後から急
速に低下することが知られており、クランクアームの長
さが常に一定で爆発直後のロッドとクランクアームの作
動方向からみた伝動効率も悪いために、ピストン内の最
高燃焼圧を有効に利用できないという欠点がある。この
発明は上記問題点を解消するようにピストン上死点付近
の最高燃焼圧力を有効に出力軸に取り出すための装置を
提供せんとするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明のエンジンは、シ
リンダ1内において駆動されるピストン2と該ピストン
2の駆動を出力側に伝えるロッド4を有する燃焼機関に
おいて、一定の軸間距離Lを介して平行に軸支されたフ
ランジ8,9間に、両側面間で十字形をなし各フランジ
面側と相互にスライド可能な凹凸条8a,11a,11
b,9bを介して上記フランジ8,9と接合される滑り
子11を設けたオルダム継手機構を形成し、上記滑り子
11の回転中心に前記ロッド4の出力端を連結するとと
もに、前記フランジ8,9の一方をアイドラフランジ8
とし、他方を出力フランジ9とし、あるいは、さらに、
上記アイドラフランジ8の軸心と出力フランジ9の軸心
を前記シリンダ1の軸心B1に対して回転対称位置に配
置するとともに、両フランジ8,9の軸心間を結ぶ直線
2が前記シリンダ1の軸心Bに対して滑り子11の
反回転方向に一定の位相角θを形成したことを特徴とし
ている。
【0005】
【作用】ピストン2が上死点Aより駆動すると、ロッ
ド4を介して滑り子11の中心に押圧力が作用し、この
ときフランジ8,9間と滑り子11の両面との間の凹凸
条8a,11a,11b,9bの傾動とスライドにより
滑り子11自体が回転(自転)するとともに円形の滑り
子軌道12に沿って回転(公転)する。このときアイド
ラフランジ8は単に滑り子11の自転・公転を片側でガ
イドするようにフリー回転するのみであるが、出力フラ
ンジ9は上記自転・公転をガイドしながら回転するとと
もに、その出力軸17に回転力を与えて出力し、出力軸
17の回転は滑り子11の自転・公転に対して1/2の
回転比である。またフランジ8,9はシリンダ軸心B
に対して回転対称位置に配置され、両フランジ8,9の
軸心を結ぶ中心線Bはシリンダ軸心Bに対し、滑り
子11の反回転方向に位相角θを形成するように傾いて
いるため、ピストン上死点からの駆動初期から滑り子1
1に対する押圧力は有効にその回転力として転化され、
しかも上死点から僅かな時間だけ作用する高い燃焼圧力
をすべて有効な回転力に転化して出力軸17に高い回転
トルクを発生させることが可能である。
【0006】
【実施例】図1〜図3は本発明の一実施例を示すエンジ
ン原理的な構造図で、シリンダ1内にはピストン2が挿
入され、吸排気口5a,5bを備えたシリンダヘッド側
には燃焼室3が形成されるとともに、ピストン2には背
(下)面側からピストンロッド4の一端が連結軸6によ
って連結され、該ロッド4の出力端は次に述べるオルダ
ムケース7内に挿入されている。オルダムケース7はそ
の内部に後述するアイドラフランジ8と出力フランジ9
及び滑り子11を内蔵し且つ上記滑り子11が円形の軌
道12に沿って回転(公転)するスペースを備えるよう
に正面視で円形をなし、上端には開口部13を有してそ
の周縁のフランジ部14においてシリンダ1の下端開口
部と連結されている。
【0007】オルダムケース7内の背面側には円板状の
アイドラフランジ8が軸受部16によって回転自在に軸
支され、正面側には該アイドラフランジ8と平行で且つ
一定の軸間距離Lを介した下方位置に出力フランジ9が
出力軸17を介して回転自在に軸支され、該出力フラン
ジ9及び出力軸17はオルダムケース7の正面側に着脱
自在に嵌合されるキャップ兼用のハウジング18に軸支
されている。上記フランジ8,9等の支持は対摩耗性セ
ラミック軸受又はベアリング等を適宜介挿して軸支し、
周面が滑り面をなす場合はオイルライン(油溝)が形成
される。
【0008】上記アイドラフランジ8と出力フランジ9
の間には2枚の円形プレートをその中心において軸19
で一体的に連結形成したスプール状の滑り子11が挿入
され、上記軸19にはロッド4の出力端が嵌合連結され
ている。さらに両フランジ8,9の対向面と滑り子11
の両面にはそれぞれの中心点を通り且つ互いにその法線
方向にスライド可能な如く嵌合し合う凹凸条8a,11
aと同11b,9bとが形成されており、上記凹凸条8
a,11aと同11b,9bは正面視で相互に直交する
ような十字形をなしており、各凹凸条の断面は円弧状で
も図示するような角型断面等いずれでもよい
【0009】上記アイドラフランジ8,出力フランジ
9,滑り子11の組み合わせは、元来フランジ8,9の
いずれか一方が回転すれば滑り子11の自転と公転を介
して他方のフランジにその回転が伝えられるオルダム継
手機構を構成している。そしてこの実施例では、ピスト
ン2が図1,図2のように上死点Aにある状態で燃焼
圧の発生によって後退(下降)作動すると凹凸条8a,
11aと同11b,9bの傾動と滑り作用によって滑り
子11が時計方向回転(自転)しながら円形の滑り子軌
道12に沿って同方向に回転(公転)するとともに、出
力フランジ9及び出力軸17が時計方向に駆動される。
このときアイドラフランジ8はフリー回転しており、滑
り子11の一回の自転及び公転により出力軸17は1/
2回転し、回転数は1/2に減速されるが、例えば2サ
イクルエンジンでは出力軸17は一回転中に2度の爆発
工程を含むことになる。
【0010】また本実施例ではアイドラフランジ8と出
力フランジ9の軸心はシリンダ1の軸心Bに対して回
転対称位置にあり、しかも両フランジ8,9の軸線を結
ぶ中心線Bは上記軸心Bに対して、滑り子11の反
回転方向に一定角度の位相角θ(例えば35゜)を設
け、ピストン2が上死点Aから始動した瞬間に、出力
軸17に対して最も効率よく回転力が伝わる構造となっ
ている。
【0011】また図3においてフランジ8,9の軸心を
,Oとし、軸19の公転軌道12上の移動点をP
,P……とすると、ピストン2の上死点Aでは出
力軸17に対する回転アームはP〜Oで表され、同
様に燃焼直後のピストン2の任意の位置をAとする
と、その時の軸19の移動点Pにおける出力軸回転ア
ームはP〜Oでそれぞれ表され、これらのアーム長
さは順次変化しており、しかもピストン2が上死点A
にある時が出力軸回転アームは最も長く、この時の回転
力伝達効率が最も良いことも明らかである。Aはピス
トン2の下死点位置を示し、この時の軸19の移動位置
は公転軌道12の最下位置(シリンダ軸心B上)にあ
る。ちなみにフランジ8,9の中心O,Oをシリン
ダ軸心B上に位置させた場合(位相角θを設けない場
合)は、ピストン2の初期作動時に、アームP〜O
を回転させるためのアームP〜Oの作用が期待でき
ず、初期作動位置としては好ましくない。
【0012】図5は本実施例によるエンジン(図3)と
従来のピストンエンジン(図4)の機構を用いて出力軸
17の回転力の違いを模型実験によって計測比較したグ
ラフである。即ち本実施例のものは、図3に示すように
出力軸17に計測アーム21を付設してピストン2に上
方より一定の荷重を加え、上記計測アーム21の先端の
回転トルクTをアーム21の回転角度の変化に対応して
計測したものである。図4は従来のピストンエンジン機
構を示し、上記実施例のエンジン機構と同一条件にして
計測した。
【0013】上記各機構における計測条件は次の通りで
ある。 シリンダ内径 40mm ピストンストローク 40mm ピストンロッドの長さ 100mm 計測アームの長さ 150mm ピストンに加えた圧力(荷重) 4kg(一定) (注)計測はいずれも計測アーム21の回転角を変数と
したが、出力軸17の回転比が本実施例のものは1/2
なので、実際の出力軸17の回転中に同一の出力変化を
2回繰り返すことになる。また既に述べたようにシリン
ダ1内の燃焼圧は燃焼後のピストン作動とともに急速に
低下し、出力軸17が始動後回転角が90゜を越える時
点では殆どピストン作動力としては作用しないので、出
力軸17の始動後100゜を越えた位置での計測は割愛
した。
【0014】上記計測結果によれば、ピストン2の出力
軸17に対する出力効率は本実施例のものが、始動の瞬
間からきわめて高く、これを出力軸始動後約90゜付近
まで継続し、この間の積算出力比は概ね1.6倍前後で
ある。ちなみに上記計測ではピストン2に対して4kg
の定荷重を与えた結果であるが、現実に燃焼を伴うピス
トンエンジンでは、既述の通り燃焼圧は点火の瞬間から
急峻な立ち上がりを見せるので、その最高圧力はすべて
ピストン駆動に有効に転化され、実際のピストン上死点
からの始動直後における出力軸17に生じる回転トルク
の格差は図5に示すものよりさらに大きくなる。
【0015】なお、図示する実施例ではエンジンの基本
的な構造のみ示したが、現実に出力軸17から安定した
高圧力を得るためには、軸19や出力軸17側にバラン
スウエイトやフライホイールを嵌着することが望ましい
ことは言うまでもない。さらに本発明のエンジンは在来
のクランクシャフトによるエンジンに比し、ピストン駆
動に対する出力軸17の回転数が1/2に減速される
が、通常のエンジン出力は作動用駆動部では大幅に減速
されるので、その部分だけ減速機構を省略できる利点は
あるものの、実用上の問題点を生じるものではない。
【0016】図6は本発明のエンジンを二気筒にした場
合の例を示し、シリンダ1及びオルダムケース7を図の
ように連設してオルダムケース7内の仕切7aにスプー
ル状のフランジ8を軸支し、双方の滑り子11を連結し
たものである。図中左側のオルダムケース7内には、ハ
ウジング18’を装着してアイドラフランジ8’を軸支
しており、左側滑り子11の回転力はフランジ8,右側
滑り子11,フランジ9を介して出力軸17に伝達され
る。左側ピストン2は右側ピストン2に対して最も効率
よい位相で円滑な回転力を生じる位置に設けられる。さ
らにシリンダ数を増やして多気筒にすることも可能であ
る。
【0017】
【発明の効果】以上のように構成される本発明のエンジ
ンによれば、ピストンエンジンにおけるピストン上死点
位置での燃焼時の最も燃焼圧の高い僅かな瞬間に得られ
るピストンの高い駆動力が、従来のクランク軸を用いた
ものよりきわめて高い効率で出力側に伝達される結果、
出力側に取り出すエネルギー量も大きく且つ出力軸の回
転も円滑に行われるという利点がある。またピストン駆
動量に対する出力軸の回転数はクランクシャフト型に比
して1/2に減速されているので、その分だけ減速機構
を省略できる利点もある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のエンジンの一実施例を示す断面図であ
る。
【図2】図1におけるII−II断面図である。
【図3】図1に対応するエンジンとその出力測定方法の
省略説明図である。
【図4】在来のピストンエンジンとその出力測定方法の
説明図である。
【図5】図3,図4に示すオルダム駆動エンジンと従来
のピストンエンジンとの出力の比較図である。
【図6】オルダム駆動エンジンを二気筒にした場合の一
例を示す断面図である。
【符号の説明】
1 シリンダ 2 ピストン 4 ロッド 8 アイドラフランジ 9 出力フランジ 11 滑り子 8a,11a,11b,9b 凹凸条 17 出力軸 B シリンダ軸心 B フランジ中心線 L 軸間距離 θ 位相角

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シリンダ(1)内において駆動される
    ピストン(2)と該ピストン(2)の駆動を出力側に伝
    えるロッド(4)を有する燃焼機関において、一定の軸
    間距離(L)を介して平行に軸支されたフランジ
    (8),(9)間に、両側面間で十字形をなし各フラン
    ジ面側と相互にスライド可能な凹凸条(8a),(11
    a),(11b),(9b)を介して上記フランジ
    (8),(9)と接合される滑り子(11)を設けたオ
    ルダム継手機構を形成し、上記滑り子(11)の回転中
    心に前記ロッド(4)の出力端を連結するとともに、前
    記フランジ(8),(9)の一方をアイドラフランジ
    (8)とし、他方を出力フランジ(9)としたオルダム
    駆動エンジン。
  2. 【請求項2】 アイドラフランジ(8)の軸心と出力
    フランジ(9)の軸心を前記シリンダ1の軸心(B1
    に対して回転対称位置に配置するとともに、両フランジ
    (8),(9)の軸心間を結ぶ直線(B2)が前記シリ
    ンダ(1)の軸心(B)に対して滑り子(11)の反
    回転方向に一定の位相角(θ)を形成してなる請求項1
    に記載のオルダム駆動エンジン。
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