【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのピストン構造に係り、特に従来と同じ排気量であればエンジンをより小型化することが可能で、かつ燃焼効率を向上させることができるエンジンのピストン構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
今までのレシプロ・エンジンは、４サイクルエンジンであれ２サイクルエンジンであれ、１つのシリンダ内を１つのピストンが往復動する構造であり、そのエンジンの特性の中でも大きな要素である排気量は主にシリンダの内径とピストンのストローク（行程）で決定される。
【０００３】
また、エンジンの特性を向上させるために、燃料を混合させた混合気を効率よく燃焼させる工夫がなされており、その一つとして燃焼室内の混合気の分布に濃淡が生じないよう混合気を充分拡散させることが行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
今までのエンジンにあっては、シリンダの内径やピストンのストロークを小さくすると排気量が小さくなり、また排気量を大きくするためにはシリンダの内径やピストンのストロークを大きくすることから必然的にエンジンが大きくならざるを得なかった。また、混合気を燃焼室内に拡散させる手段も各種案出されているが、必ずしも充分とはいえなかった。
【０００５】
そこで本発明にあっては、従来と同じ排気量であればエンジンをより小型化させることができ、かつ混合気を燃焼室内に充分拡散させて燃焼効率を向上させひいては有害な排気ガスを減少させることが可能となるエンジンのピストン構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のエンジンのピストン構造は、シリンダ内を往復動する第１のピストンにその軸方向に沿って貫通する孔部を形成し、該孔部には第２のピストンを収納するとともに、この第２のピストンは第１のピストンとストロークを異にし前記第１のピストンの孔部内を往復動自在としたことを特徴とするものである。
【０００７】
また、第１のピストンに連結する第１のコネクチングロッドと第２のピストンに連結する第２のコネクチングロッドをともにクランクシャフトに連結し、かつ前記第１のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトにおける第１のクランクピンの回転半径と、第２のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトにおける第２のクランクピンの回転半径を変えることを特徴とするものである。
【０００８】
また、第２のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトの第２のクランクピンの回転半径を、第１のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトの第１のクランクピンの回転半径よりも大きくしてなることを特徴とするものである。
【０００９】
また、第２のピストンのヘッドは、第１のピストンのヘッドよりも突出しない設定で往復動することを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のエンジンのピストン構造について図面に基づいて説明する。図１は、本発明のエンジンのピストン構造の分解図であり、１はシリンダ（図示せず）内に配置され往復動自在な第１のピストン、２は第１のピストン１よりも小さい第２のピストンであり、この第２のピストン２は第１のピストン１の内部に配置される。すなわち、第１のピストン１における円周方向の中央近傍には、第１のピストン１の軸方向に沿って貫通する孔部３を形成しており、この孔部３内を第２のピストン２が往復動するものである。４は、第１のピストン１の往復動をクランクシャフト５の回転運動に変換すべく、第１のピストン１とクランクシャフト５とを連結する１対の第１のコネクチングロッド、６は第２のピストン２の往復動をクランクシャフト５の回転運動に変換すべく、第２のピストン２とクランクシャフト５とを連結する第２のコネクチングロッドである。
【００１１】
図２〜図４は、本発明に係るエンジンが上死点（図２）から下死点（図４）を経て上死点へと戻る１サイクルを順に示すものである。７の線は、第１のピストン１の上面（ヘッド）の上死点における位置（図２）を示し、８の線は第１のピストン１の下面の下死点における位置（図４）を示すものである。９は、第１のコネクチングロッド４のクランクシャフト５側の端部を連結する１対の第１のクランクピン、１０は第１のクランクピン９を支持すべくクランクジャーナル１１から連結する第１のクランクアーム、１２は第２のコネクチングロッド６のクランクシャフト５側の端部を連結する第２のクランクピン、１３は第２のクランクピン１２を支持すべく第１のクランクピン９から連結する第２のクランクアームである。尚、本実施例にあっては、ピストン構造の概略を説明するものであることから、クランクシャフト５の軸受、バランスウェイト、ピストンリングなどの説明は省略する。
【００１２】
クランクジャーナル１１と第２のクランクピン１２との軸間距離、すなわち第２のクランクピン１２の回転半径は、第１のクランクピン９の回転半径（クランクジャーナル１１と第１のクランクピン９との軸間距離）よりも大きく設定するとともに、上死点において第２のピストン２のヘッドは第１のピストン１のヘッドと同一面を形成して突出しない設定とする。
【００１３】
このような構成からなる本発明のエンジンのピストン構造において、図２〜図５に示すごとく、上死点ではヘッドが第１のピストン１と同一面を形成している第２のピストン２は、この位置から第１のピストン１が下降するに従い第１のピストン１よりも大きな移動量で下降し、これにより第１のピストン１のヘッドには、第２のピストン２がより大きく下降した分に応じた深さの凹部が生じ、この凹部の容積は図４の下死点において最大となる。しかしてこの凹部の容積は、エンジンの排気量の増大に繋がるものである。
【００１４】
また、燃焼室内に導入された空気や燃料を含む混合気は、第１のピストン１の往復動に加えて、この往復動とストロークが異なる第２のピストン２の往復動により、従来よりも複雑な気流変化を生じさせ、これにより混合気を今まで以上に充分に拡散させることが可能となる。また、第２のピストン２が第１のピストン１と異なる往復動をすることで、燃焼室内の表面積が増大することとなり、これにより燃焼室内の混合気を燃焼させるための好適な温度に容易に加熱することができるものである。
【００１５】
尚、上述した実施例にあっては、第１のピストン１の上死点（下死点）で第２のピストン２も上死点（下死点）となるように、第１のクランクアーム１０と第２のクランクアーム１３とを平行に設定したが、勿論これに限定されることはない。すなわち、混合気に複雑な気流変化を生じさせるためには第１のピストン１と第２のピストン２のストロークを変えるだけでよく、例えば第１のクランクアーム１０と第２のクランクアーム１３の角度を変えることで、第１のピストン１の上死点（下死点）と第２のピストン２の上死点（下死点）のタイミングをずらしたり、コネクチングロッドの長さを変えて、第２のピストンのヘッドを第１のピストンのヘッドから突出させたりしてもよいものである。また、本実施例にあっては、わかりやすくするために単気筒エンジンについて説明したが、勿論多気筒エンジンでも利用可能であり、さらに４サイクルエンジンにのみならず２サイクルエンジンにも応用することが可能なものである。
【００１６】
【発明の効果】
以上詳述したごとく、本発明のエンジンのピストン構造によれば、シリンダ内を往復動する第１のピストンにその軸方向に沿って貫通する孔部を形成し、該孔部には第２のピストンを収納するとともに、この第２のピストンは第１のピストンとストロークを異にし前記第１のピストンの孔部内を往復動自在としたこと、また第１のピストンに連結する第１のコネクチングロッドと第２のピストンに連結する第２のコネクチングロッドをともにクランクシャフトに連結し、かつ前記第１のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトにおける第１のクランクピンの回転半径と、第２のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトにおける第２のクランクピンの回転半径を変えることで、エンジンの燃焼室内に導入された空気や燃料を含む混合気には、第１のピストンの往復動に加えて、この往復動と異なる第２のピストンの往復動により、従来よりも複雑な気流変化が生じ、これにより混合気を今まで以上に充分に拡散させて燃料効率を向上させ、さらには第２のピストンが往復動することで燃焼室内の表面積が増すこととなり、これにより混合気を燃焼させるための好適な温度に加熱して燃焼効率を一層向上させ、ひいては有害な排気ガスを減少させることができるものである。
【００１７】
また、第２のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトの第２のクランクピンの回転半径を、第１のコネクチングロッドが連結するクランクシャフトの第１のクランクピンの回転半径よりも大きくすることで、第１のピストンの外径とストロークからなる従来のピストン構造のエンジンと比較して排気量を増大させることができる。
【００１８】
また、第２のピストンのヘッドは、第１のピストンのヘッドよりも突出しない設定で往復動することで、下死点において第１のピストンのヘッドよりも第２のピストンのヘッドが下に位置することとなり、これにより生じた凹部の容積に応じて排気量が増大することとなる。すなわち、従来のピストン構造のエンジンと同じ排気量であれば、従来のエンジンよりも小型化することが可能となるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のエンジンのピストン構造の分解図である。
【図２】本発明のエンジンのピストン構造の説明図である。
【図３】本発明のエンジンのピストン構造の説明図である。
【図４】本発明のエンジンのピストン構造の説明図である。
【図５】本発明のエンジンのピストン構造の説明図である。
【符号の説明】
１ 第１のピストン
２ 第２のピストン
３ 孔部
４ 第１のコネクチングロッド
５ クランクシャフト
６ 第２のコネクチングロッド
７ 第１のピストン上面の上死点位置
８ 第１のピストン下面の下死点位置
９ 第１のクランクピン
１０ 第１のクランクアーム
１１ クランクジャーナル
１２ 第２のクランクピン
１３ 第２のクランクアーム[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a piston structure of an engine, and more particularly, to a piston structure of an engine capable of reducing the size of an engine and improving combustion efficiency if the displacement is the same as that of a conventional engine.
[0002]
[Prior art]
The conventional reciprocating engine has a structure in which one piston reciprocates in one cylinder, whether it is a four-cycle engine or a two-cycle engine. The displacement, which is a major factor in the characteristics of the engine, is mainly It is determined by the inner diameter of the cylinder and the stroke (stroke) of the piston.
[0003]
In addition, in order to improve the characteristics of the engine, measures have been devised to efficiently burn the fuel-fuel mixture, and as one of the measures, the fuel-air mixture must be sufficiently mixed so that the mixture does not vary in distribution. Spreading is being done.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
In conventional engines, reducing the inner diameter of the cylinder and the stroke of the piston will reduce the displacement, and increasing the displacement will necessarily increase the inner diameter of the cylinder and the stroke of the piston. Had to be bigger. Various means for diffusing the air-fuel mixture into the combustion chamber have been proposed, but they have not always been sufficient.
[0005]
Therefore, in the present invention, if the displacement is the same as the conventional one, the engine can be made more compact, and the air-fuel mixture can be sufficiently diffused into the combustion chamber to improve the combustion efficiency and thus reduce the harmful exhaust gas. It is an object of the present invention to provide a piston structure of an engine capable of performing the following.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a piston structure of an engine of the present invention has a first piston reciprocating in a cylinder and a hole formed through the first piston in the axial direction thereof, and the second piston is formed in the hole. The second piston has a stroke different from that of the first piston, and is reciprocally movable in the hole of the first piston.
[0007]
The first connecting rod connected to the first piston and the second connecting rod connected to the second piston are both connected to a crankshaft, and the first connecting rod in the crankshaft connected to the first connecting rod is connected to the first connecting rod. And a turning radius of the second crankpin in the crankshaft to which the second connecting rod is connected.
[0008]
Also, the turning radius of the second crankpin of the crankshaft to which the second connecting rod is connected is made larger than the turning radius of the first crankpin of the crankshaft to which the first connecting rod is connected. It is a feature.
[0009]
Further, the head of the second piston reciprocates at a setting not protruding from the head of the first piston.
[0010]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the piston structure of the engine of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded view of a piston structure of an engine according to the present invention. Reference numeral 1 denotes a first piston which is disposed in a cylinder (not shown) and is reciprocally movable, and 2 denotes a second piston which is smaller than the first piston 1. The second piston 2 is disposed inside the first piston 1. That is, in the vicinity of the center of the first piston 1 in the circumferential direction, a hole 3 penetrating along the axial direction of the first piston 1 is formed. Reciprocates. Reference numeral 4 denotes a pair of first connecting rods connecting the first piston 1 and the crankshaft 5 so as to convert reciprocating motion of the first piston 1 into rotational motion of the crankshaft 5, and 6 denotes a second connecting rod. The second connecting rod connects the second piston 2 and the crankshaft 5 so as to convert the reciprocating motion of the piston 2 into the rotational motion of the crankshaft 5.
[0011]
2 to 4 show one cycle in which the engine according to the present invention returns from top dead center (FIG. 2) to bottom dead center (FIG. 4) and returns to top dead center. The line 7 indicates the position at the top dead center of the upper surface (head) of the first piston 1 (FIG. 2), and the line 8 indicates the position at the bottom dead center of the lower surface of the first piston 1 (FIG. 4). It is shown. Reference numeral 9 denotes a pair of first crankpins connecting the ends of the first connecting rods 4 on the crankshaft 5 side, and reference numeral 10 denotes a first crankpin connected from the crank journal 11 to support the first crankpin 9. A crank arm 12 is a second crankpin connecting the end of the second connecting rod 6 on the crankshaft 5 side, and a second crankpin 13 is connected from the first crankpin 9 to support the second crankpin 12. 2 is a crank arm. In this embodiment, since the outline of the piston structure is described, the description of the bearing of the crankshaft 5, the balance weight, the piston ring, etc. is omitted.
[0012]
The center distance between the crank journal 11 and the second crank pin 12, that is, the turning radius of the second crank pin 12 is determined by the turning radius of the first crank pin 9 (the turning radius of the crank journal 11 and the first crank pin 9). (The distance between the axes), and the head of the second piston 2 forms the same surface as the head of the first piston 1 so as not to protrude at the top dead center.
[0013]
In the piston structure of the engine of the present invention having such a configuration, as shown in FIGS. 2 to 5, the second piston 2 whose head forms the same surface as the first piston 1 at the top dead center is: As the first piston 1 descends from this position, the first piston 1 descends by a larger moving amount than the first piston 1, so that the head of the first piston 1 has an amount corresponding to the second piston 2 descending more. A concave portion having a corresponding depth is formed, and the volume of the concave portion is maximized at the bottom dead center in FIG. Thus, the volume of the recess leads to an increase in the displacement of the engine.
[0014]
In addition to the reciprocating motion of the first piston 1 and the reciprocating motion of the second piston 2 having a different stroke from the reciprocating motion of the first piston 1, the air-fuel mixture introduced into the combustion chamber is more complicated than before. This causes a great change in airflow, which makes it possible to diffuse the air-fuel mixture more sufficiently than ever. In addition, since the second piston 2 reciprocates differently from the first piston 1, the surface area in the combustion chamber increases, so that the temperature easily reaches a suitable temperature for burning the air-fuel mixture in the combustion chamber. It can be heated.
[0015]
In the above-described embodiment, the first crank arm is set so that the top dead center (bottom dead center) of the first piston 1 is also set to the top dead center (bottom dead center). Although 10 and the second crank arm 13 are set in parallel, it is needless to say that the present invention is not limited to this. That is, in order to cause a complicated airflow change in the air-fuel mixture, only the strokes of the first piston 1 and the second piston 2 need to be changed. For example, the angle between the first crank arm 10 and the second crank arm 13 By changing the timing of the top dead center (bottom dead center) of the first piston 1 and the top dead center (bottom dead center) of the second piston 2 or changing the length of the connecting rod. The head of the second piston may protrude from the head of the first piston. In this embodiment, the single-cylinder engine has been described for the sake of simplicity. However, a multi-cylinder engine can be used as a matter of course, and the present invention can be applied not only to a 4-cycle engine but also to a 2-cycle engine. It is possible.
[0016]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the piston structure of the engine of the present invention, the first piston reciprocating in the cylinder is formed with a hole penetrating along the axial direction thereof, and the second piston is formed in the hole. A second piston having a stroke different from that of the first piston and capable of reciprocating in a hole of the first piston; and a first connecting rod connected to the first piston. And a second connecting rod connected to the second piston are both connected to the crankshaft, and the rotation radius of the first crankpin in the crankshaft to which the first connecting rod is connected, and the second connecting rod are By changing the turning radius of the second crankpin in the connected crankshaft, the air and fuel introduced into the combustion chamber of the engine are contained. In addition to the reciprocating motion of the first piston, the reciprocating motion of the second piston, which is different from the reciprocating motion of the first piston, causes a more complicated airflow change than in the past. And the second piston reciprocates to increase the surface area in the combustion chamber, thereby heating the mixture to a suitable temperature for burning the air-fuel mixture to improve the combustion efficiency. It is possible to further improve and thus reduce harmful exhaust gas.
[0017]
Further, by making the radius of rotation of the second crankpin of the crankshaft to which the second connecting rod is connected larger than the radius of rotation of the first crankpin of the crankshaft to which the first connecting rod is connected, The displacement can be increased as compared with a conventional piston-structured engine having the outer diameter and the stroke of one piston.
[0018]
Further, the head of the second piston reciprocates at a setting not protruding from the head of the first piston, so that the head of the second piston is positioned lower than the head of the first piston at the bottom dead center. As a result, the displacement increases in accordance with the volume of the concave portion generated as a result. That is, if the displacement is the same as that of a conventional piston-structured engine, it is possible to reduce the size of the conventional engine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an exploded view of a piston structure of an engine according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory view of a piston structure of the engine of the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view of a piston structure of the engine of the present invention.
FIG. 4 is an explanatory view of a piston structure of the engine of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view of a piston structure of the engine of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st piston 2 2nd piston 3 hole 4 1st connecting rod 5 crankshaft 6 2nd connecting rod 7 Top dead center position of 1st piston upper surface 8 Lower dead center position of 1st piston lower surface 9 first crank pin 10 first crank arm 11 crank journal 12 second crank pin 13 second crank arm
