JP2005264838A - Engine - Google Patents

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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine superior in quickness at starting/stopping the engine and in responsiveness to an output change and suitable to compact and smaller construction without the need for a special valve structure and a flow path control structure by keeping a cylinder operation capacity optimum in each engine operating stroke to achieve more efficient engine output. <P>SOLUTION: The engine 10 comprises (a) the cylinder 11 having a fuel supply part and its exhaust part on the cylinder peripheral wall, (b) a driving piston 14 out of which power is taken and a control piston 15 for controlling a cylinder space into which fuel is supplied, both of which have piston faces opposed to each other in the cylinder 11, and (c) a link mechanism connected to a rotating power shaft 14b of the driving piston 14 via a cam for driving the control piston 15 along a predetermined cam curve. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明はシリンダ内で互いに往復運動する対向ピストンを備えたエンジンに関する。   The present invention relates to an engine having opposed pistons that reciprocate in a cylinder.

自動車用などのエンジンは、ガソリン,軽油等の燃料油やプロパンガス等の燃料ガスをシリンダ内でピストンにより加圧して燃焼させる内燃機関方式が多用されている。
従来、このような内燃機関方式などにおいて、シリンダ内に対向配置した一対のピストンを用いてエンジン出力などを増加させるようにしたエンジンが開発されている。このようなエンジンに関連して、例えば以下のような技術のものが知られている。
As engines for automobiles, an internal combustion engine system in which fuel oil such as gasoline or light oil or fuel gas such as propane gas is pressurized by a piston in a cylinder and burned is often used.
Conventionally, in such an internal combustion engine system or the like, an engine has been developed in which engine output and the like are increased by using a pair of pistons arranged opposite to each other in a cylinder. For example, the following technologies are known in relation to such an engine.

特許文献1には、シリンダ毎に複数のピストンを設けたエンジンであって、各ピストンが燃料の吸気工程では外側に押し広げられるようにして動き、圧縮工程では各ピストンが互いに接近するようにして動き、爆発工程では各ピストンが外側に押し広げられるようにして動き、排気工程では各ピストンが互いに接近するようにした4サイクルエンジンが記載されている。   Patent Document 1 discloses an engine in which a plurality of pistons are provided for each cylinder. Each piston moves so as to be spread outward in a fuel intake process, and each piston approaches each other in a compression process. A four-cycle engine is described in which each piston moves outward in the movement and explosion process, and moves close to each other in the exhaust process.

特許文献2には、ピストン上面端部に平面或は曲面にて切欠き凹部を設けたピストンを、水平とし燃料噴射弁を中央部に設けたシリンダ内で凹部が下方となるよう対向設置するとともに、シリンダ両端にクランク室を設けて密室とし、シリンダ両端或はクランク室適位置に排出口・吸入口を設け、室内圧力調整或は大気の送入を可能とした空気圧タンクと供給口と排出口を連結し、各出入口に流れを調整制御する弁を設けた水平対向エンジンが記載されている。   In Patent Document 2, a piston having a flat or curved notched recess at the upper surface end of the piston is horizontally installed and opposed so that the recess is downward in a cylinder provided with a fuel injection valve in the center.・ Pneumatic tank, supply port, and exhaust port with crank chambers at both ends of the cylinder to form closed chambers, exhaust ports / suction ports at both ends of the cylinder or at appropriate positions in the crank chamber, and adjustment of indoor pressure or air supply. , And a horizontally opposed engine provided with a valve for controlling the flow at each inlet / outlet.

特許文献3には、シリンダ内でそれぞれが独自のクランク部によって往復運動する第1ピストンと第2ピストンを備え、第1ピストンとシリンダによって形成される第1圧縮室と、第2ピストンとシリンダによって形成される第2圧縮室とを、互いの上死点側で連通させると共に、第1ピストンと第2ピストンの上死点に位相を設けてピストンサイクルを同期させることにより、第1ピストンと第2ピストンの往復運動を回転運動に変換するようにしたエンジンが記載されている。
特開平6−200783号公報 特開平8−93498号公報 特開平11−257090号公報
Patent Document 3 includes a first piston and a second piston that reciprocate by a unique crank portion in a cylinder, a first compression chamber formed by the first piston and the cylinder, a second piston and the cylinder. The formed second compression chamber communicates with each other at the top dead center side, and the first piston and the second piston are synchronized with each other by providing a phase at the top dead center of the first piston and the second piston. An engine is described which converts a reciprocating motion of two pistons into a rotational motion.
Japanese Patent Laid-Open No. 6-200783 JP-A-8-93498 Japanese Patent Laid-Open No. 11-257090

しかしながら、前記従来の技術では以下のような課題があった。
(1)特許文献1に記載のシリンダごとに複数のピストンを設けた4サイクルエンジンでは、複数のピストン同士がそのシリンダ中心に対してそれぞれ対称に往復運動されるので、シリンダにピストンを1基配置した通常のエンジンを単に連結したものにすぎず、各工程毎にシリンダ内の作動容積を適正化してエンジン出力を効率化させるようなことができず、燃費があがったり排気ガス量が増えたりするなどの課題があった。
(2)特許文献2に記載の水平対向エンジンは、圧力調整などを行う空気圧タンクとシリンダの供給口と排出口を連結し、各出入口に流れを調整制御する弁を設けるので、シリンダにおける制御弁や燃料流路などの構造が複雑化してその制御が困難となる上に、エンジンが大型化してしまうという実用上の課題があった。
(3)特許文献3に記載の第1ピストンと第2ピストンのピストンサイクルを同期させるようにしたエンジンでは、両ピストン間をリンク構造を介して連結しているだけなので、各ピストンのストローク長さを異ならせたとしても、各吸気から排気に至るエンジンサイクルで基本的に両ピストンが同様に機能させるため、エンジン出力を適正かつ効率的に取り出すことができない上、エンジンの始動停止の迅速性や出力変化の応答性に欠ける等の課題があった。
However, the conventional technique has the following problems.
(1) In a 4-cycle engine in which a plurality of pistons are provided for each cylinder described in Patent Document 1, a plurality of pistons are reciprocated symmetrically with respect to the center of the cylinder. This is just a connection of the normal engine, and it is not possible to optimize the operating volume in the cylinder for each process to make the engine output more efficient, resulting in increased fuel consumption and increased exhaust gas volume. There were issues such as.
(2) Since the horizontally opposed engine described in Patent Document 2 connects a pneumatic tank that performs pressure adjustment and the like, a supply port and a discharge port of the cylinder, and a valve that adjusts and controls the flow at each inlet and outlet, the control valve in the cylinder In addition, the structure of the fuel flow path and the like becomes complicated and difficult to control, and the engine becomes large in size.
(3) In the engine in which the piston cycles of the first piston and the second piston described in Patent Document 3 are synchronized, both pistons are simply connected via a link structure. Even if they are different from each other, both pistons basically function in the same way in the engine cycle from each intake to exhaust, so that the engine output cannot be taken out properly and efficiently, and the engine can be started and stopped quickly. There were problems such as lack of responsiveness to output changes.

本発明は前記従来の課題を解決するためになされたもので、エンジン作動工程毎にシリンダ内の作動容積を適正化してエンジン出力を効率化させ、エンジンの始動停止の迅速性や出力変化の応答性に優れるとともに、従来のように特別な弁構造や流路制御構造を要せずコンパクトで小型化に適したエンジンを提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described conventional problems, and optimizes the operation volume in the cylinder for each engine operation process to improve engine output efficiency, speeding up engine start / stop and response to output change. An object of the present invention is to provide an engine that is excellent in performance and that is compact and suitable for downsizing without requiring a special valve structure or flow path control structure as in the prior art.

(1)本発明のエンジンは、(a)燃料供給部及びその排気部をシリンダ周壁に備えたシリンダと、(b)前記シリンダ内にそれぞれのピストン面が対向配置され動力が取り出される駆動ピストン及び燃料が供給されるシリンダ空間を制御する制御ピストンと、(c)前記駆動ピストンの回転する動力軸にカムを介して連結され前記制御ピストンを所定のカム曲線で駆動させるリンク機構と、を有して構成されている。 (1) The engine of the present invention includes: (a) a cylinder having a fuel supply portion and an exhaust portion thereof provided on a cylinder peripheral wall; and (b) a drive piston from which the respective piston surfaces are arranged to face each other in the cylinder to extract power. A control piston that controls a cylinder space to which fuel is supplied, and (c) a link mechanism that is connected to a rotating power shaft of the drive piston via a cam and drives the control piston with a predetermined cam curve. Configured.

(2)本発明のエンジンは、前記(1)において、前記駆動ピストンの上死点と下死点との間の前記シリンダ周壁に燃料点火部が配置されていることにも特徴を有している。 (2) The engine of the present invention is characterized in that, in (1), a fuel ignition part is disposed on the cylinder peripheral wall between the top dead center and the bottom dead center of the drive piston. Yes.

(3)本発明のエンジンは、前記(1)又は(2)において、前記制御ピストンの動作状態を表すカム曲線が、吸気−圧縮−燃焼−排気のエンジン作動工程において前記制御ピストンを前記シリンダ内の定位置にキープさせる複数の平坦領域を有して構成される。 (3) In the engine of the present invention, in (1) or (2), the cam curve representing the operation state of the control piston indicates that the control piston is placed in the cylinder in the intake-compression-combustion-exhaust engine operation process. It has a plurality of flat regions to keep at a fixed position.

本発明のエンジンによれば、それぞれのピストン面がシリンダ内に対向配置された駆動ピストン及び制御ピストンと、前記駆動ピストンの回転する動力軸にカムを介して連結され前記制御ピストンを所定のカム曲線で駆動させるリンク機構と、を有するので、エンジン作動工程毎にシリンダ内の作動容積を適正化してエンジン出力を効率化させることができる。さらに、エンジンの始動停止の迅速性や出力変化の応答性に優れるとともに、従来のように特別な弁構造や流路制御構造を要せず小型化に適している。   According to the engine of the present invention, a drive piston and a control piston whose piston surfaces are opposed to each other in the cylinder, and a power shaft rotating the drive piston are connected via a cam to connect the control piston to a predetermined cam curve. Therefore, it is possible to make the engine output efficient by optimizing the operation volume in the cylinder for each engine operation process. Furthermore, it is excellent in quick start / stop of the engine and responsiveness to changes in output, and is suitable for downsizing without requiring a special valve structure or flow path control structure as in the prior art.

本発明のエンジンによれば、駆動ピストンの上死点と下死点との間のシリンダ周壁に燃料点火部が配置されているので、吸気工程などの燃焼工程以外で燃料点火部が駆動ピストン自体によって遮蔽保護され、燃料点火部の作動不良などを効果的に防ぐことができるとともに、メンテナンス性にも優れている。   According to the engine of the present invention, the fuel ignition unit is disposed on the cylinder peripheral wall between the top dead center and the bottom dead center of the drive piston. Is shielded and can effectively prevent malfunction of the fuel ignition part, and is excellent in maintainability.

本発明のエンジンによれば、前記制御ピストンの動作状態を表すカム曲線が吸気−圧縮−燃焼−排気のエンジン作動工程において前記制御ピストンを前記シリンダ内の定位置にキープさせる複数の平坦領域を有するので、制御ピストンと駆動ピストンのそれぞれのピストン面の間で形成されるシリンダ空間をそのエンジン作動工程毎に適切に制御しながらエンジンサイクルを実行することができ、駆動ピストンの動力軸を介してエンジン出力をさらに効率的に取り出してにエンジンを稼働させることができる。   According to the engine of the present invention, the cam curve representing the operation state of the control piston has a plurality of flat regions that keep the control piston at a fixed position in the cylinder in an intake-compression-combustion-exhaust engine operation process. Therefore, the engine cycle can be executed while appropriately controlling the cylinder space formed between the piston surfaces of the control piston and the drive piston for each engine operation process, and the engine cycle can be performed via the power shaft of the drive piston. The engine can be operated by taking out the output more efficiently.

本発明は、それぞれのピストン面が対向配置された駆動ピストン及び制御ピストンをシリンダ内に配置し、この駆動ピストンの動力軸に、制御ピストンをリンク機構を介して連結して、所定のカム曲線で駆動させるようにしたものである。これによってエンジンのサイクル毎にシリンダ内の作動容積を適正化してエンジン出力の効率化を図るようにしている。さらに、エンジンの始動停止の迅速性や出力変化の応答性に優れるとともに、小型化にも適している。
以下図面に基づいて、さらに具体的に本実施の形態のエンジンについて説明する。
In the present invention, a drive piston and a control piston, each of which has a piston surface facing each other, are arranged in a cylinder, and a control piston is connected to a power shaft of the drive piston via a link mechanism to obtain a predetermined cam curve. It is made to drive. As a result, the operating volume in the cylinder is optimized for each cycle of the engine to improve the efficiency of the engine output. Furthermore, it is excellent in quick start / stop of the engine and responsiveness to output change, and is also suitable for downsizing.
Hereinafter, the engine of the present embodiment will be described more specifically based on the drawings.

(実施の形態1)
図1は本発明の実施の形態1に係るエンジンの模式構成図である。
図1において、10は実施の形態1のエンジンであり、シリンダ11はその上部及び下部にピストン嵌合部を備え略円筒状に形成されている。燃料供給部12からシリンダ11の周壁に設けられガソリンや軽油などの燃料がシリンダ11内に供給され、排気部13から燃焼爆発後に生成した排気ガスが排出される。
駆動ピストン14はシリンダ11内に配置され、クランク軸14aに連結された動力軸14bを介して動力を取り出す。
制御ピストン15は駆動ピストン14に対向してシリンダ11内に同じく配置され、駆動ピストン14の動力軸14bに図示しないカムを備えたリンク機構を介してクランク軸15aが連結され、所定のカム曲線で駆動される。
点火プラグなどの燃料点火部16は、駆動ピストン14の上死点及び下死点との間のシリンダ周壁に設けられている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes the engine of the first embodiment, and the cylinder 11 is formed in a substantially cylindrical shape with piston fitting portions at the upper and lower portions thereof. Fuel, such as gasoline or light oil, provided on the peripheral wall of the cylinder 11 from the fuel supply unit 12 is supplied into the cylinder 11, and exhaust gas generated after combustion explosion is discharged from the exhaust unit 13.
The drive piston 14 is disposed in the cylinder 11 and takes out power through a power shaft 14b connected to the crankshaft 14a.
The control piston 15 is also disposed in the cylinder 11 so as to face the drive piston 14, and a crankshaft 15a is connected to a power shaft 14b of the drive piston 14 via a link mechanism having a cam (not shown), with a predetermined cam curve. Driven.
The fuel ignition unit 16 such as an ignition plug is provided on the cylinder peripheral wall between the top dead center and the bottom dead center of the drive piston 14.

エンジン10は、シリンダ11内を往復動される駆動ピストン14及びそのシリンダ作動空間を制御する制御ピストン15とを有する4サイクルエンジンである。なお、エンジンとしては自動車用やトラック用のもの、産業用機械における動力源としてのものなどが含まれる。
また、エンジン10には図示しない吸気システム、排気システム、潤滑および冷却システム、ターボおよびスーパチャージャシステム、トランスミッション等のような公知のサブシステムを含む。
シリンダ11はその軸が水平方向又は垂直方向等に保持されて適用でき、その両端の開口部に駆動ピストン14と制御ピストン15とがそれぞれのピストン面を対向させて配置されるようにしている。
燃料供給部12は、燃料インジェクタ12aと、図示しないアクセルに連動して駆動され燃焼用空気などを調整する弁部12bとを有している。
排気部13は、駆動ピストン14の動力軸14bに連動して開閉駆動される図示しない弁部を備え、シリンダ11内で燃焼された燃料排ガスを所定のタイミングで外部に排気するようにしている。
The engine 10 is a four-cycle engine having a drive piston 14 reciprocated in a cylinder 11 and a control piston 15 that controls the cylinder operating space. Engines include those for automobiles and trucks, and as power sources for industrial machines.
The engine 10 also includes known subsystems such as an intake system, an exhaust system, a lubrication and cooling system, a turbo and supercharger system, a transmission, and the like (not shown).
The cylinder 11 can be applied with its axis held in the horizontal direction or the vertical direction, and the drive piston 14 and the control piston 15 are arranged with the respective piston surfaces facing each other at openings at both ends thereof.
The fuel supply unit 12 includes a fuel injector 12a and a valve unit 12b that is driven in conjunction with an accelerator (not shown) and adjusts combustion air and the like.
The exhaust unit 13 includes a valve unit (not shown) that is driven to open and close in conjunction with the power shaft 14b of the drive piston 14, and exhausts the fuel exhaust gas burned in the cylinder 11 to the outside at a predetermined timing.

駆動ピストン14には、クランク軸14aの基端側が回動自在に取り付けられ、クランク軸14aの他端側が、回転駆動される動力軸14bの連接部14cに固定されている。これによって、駆動ピストン14がその吸気〜排気工程のサイクルで往復駆動されると、往復運動の動力が回転運動に変換されて、動力軸14bを介してエンジン出力が得られる。
制御ピストン15は、図示しないカムを有したリンク機構によって駆動ピストン14の動力軸14bに接続されている。なお、制御ピストン15には、クランク軸15aの基端が接続され、その他端が連接部15bに回動自在に取り付けられるとともに、連接部15bの基部には回動軸15cが配置されている。この回動軸15cが前記リンク機構に連設されて所定の角度範囲β、例えば70〜90°好ましくは85°±2°などの範囲で駆動されることにより制御ピストン15が所定のカム曲線でシリンダ内を上下動するようにしている。
A base end side of the crankshaft 14a is rotatably attached to the drive piston 14, and the other end side of the crankshaft 14a is fixed to a connecting portion 14c of a power shaft 14b that is rotationally driven. As a result, when the drive piston 14 is driven to reciprocate in the cycle of the intake to exhaust processes, the power of the reciprocating motion is converted into rotational motion, and engine output is obtained via the power shaft 14b.
The control piston 15 is connected to the power shaft 14b of the drive piston 14 by a link mechanism having a cam (not shown). The base end of the crankshaft 15a is connected to the control piston 15, the other end is rotatably attached to the connecting portion 15b, and a rotating shaft 15c is disposed at the base of the connecting portion 15b. The rotating shaft 15c is connected to the link mechanism and driven in a predetermined angle range β, for example, a range of 70 to 90 °, preferably 85 ° ± 2 °, so that the control piston 15 has a predetermined cam curve. It moves up and down in the cylinder.

カムは所定の輪郭形状を有して回転する機械要素であって、その直接接触によって相手側となる従節に所定の運動を与える。カムによって運動を与えらる従節としては、カムフォロアー、レバー、リンク等があり、その最終従節である従節作動端の運動がカム曲線として表される。このカム曲線としては、それぞれ公知である変形台形曲線、変形正弦曲線、変形等速度曲線、あるいはこれらを適宜組み合わせたようなものなどをエンジン作動工程に応じて適用することができる。   The cam is a mechanical element that rotates with a predetermined contour shape, and gives a predetermined motion to a follower that is a counterpart by direct contact thereof. There are cam followers, levers, links, and the like as followers to which motion is given by cams, and the motion of the follower operating end, which is the final follower, is expressed as a cam curve. As the cam curve, a well-known deformed trapezoidal curve, a deformed sine curve, a deformed isovelocity curve, or a combination of them can be applied according to the engine operation process.

図2は、実施の形態1のエンジンにおける作動状態の一例を示す説明図であり、図3(A)は制御ピストンにおけるカム曲線の説明図であり、図3(B)はこの制御ピストンに同期される駆動ピストンの動作状態図である。
図3(B)に示すように、エンジン10は4サイクルエンジンであって、駆動ピストン14の動力軸14bが2回転(720°)する間に(1)吸気→(2)圧縮→(3)燃焼→(4)排気によるエンジン作動工程が実行される。
また、図3(A)は駆動ピストン14の動力軸14bの回転角度(θ)の時間変化に対応してシリンダ11内を上下動される制御ピストン15の位置の変化、すなわちカムを有したリンク機構により動作される制御ピストン15のカム曲線を示している。このカム曲線においては、制御ピストン15をシリンダ11内の高中低の3位置にそれぞれキープさせる平坦領域(H、M、L)を有しており、シリンダ内に保持される作動空間をエンジン作動工程毎に適切に制御することができるようにしている。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of an operating state in the engine of the first embodiment, FIG. 3 (A) is an explanatory diagram of a cam curve in the control piston, and FIG. 3 (B) is synchronized with the control piston. It is an operation state figure of a drive piston made.
As shown in FIG. 3B, the engine 10 is a four-cycle engine, and (1) intake → (2) compression → (3) while the power shaft 14b of the drive piston 14 rotates twice (720 °). Combustion → (4) Engine operation process by exhaust is executed.
FIG. 3A shows a change in the position of the control piston 15 moved up and down in the cylinder 11 in response to a change in the rotation angle (θ) of the power shaft 14b of the drive piston 14, that is, a link having a cam. The cam curve of the control piston 15 operated by the mechanism is shown. This cam curve has flat regions (H, M, L) for keeping the control piston 15 at three positions, i.e., high, middle, and low, in the cylinder 11, and the working space held in the cylinder is defined as the engine operating process. Each can be controlled appropriately.

以上のエンジン10の各作動工程における駆動ピストン14と制御ピストン15との動作状態を図2を参照しながら説明する。
図2(a)〜(c)は動力軸14bの回転角度(θ)がそれぞれθ=0°、θ=225°、θ=450°における制御ピストン15の動作状態を表す説明図である。
図3に示すように、回転角度θ=0°〜180°の吸気工程においては、制御ピストン15は、初期において高位置を維持する平坦領域Hにセットされているが、回転角度θ=120°に位置に達すると、制御ピストン15は下降し始め中位置を維持する平坦領域Mに移行する。
これによって、初期状態において両ピストン間に形成される空間を広く確保するようにして、吸気体積を十分確保するようにしている。
また、回転角度θ=180°〜420°の圧縮工程においては、制御ピストン15を中位置の平坦領域Mに維持した状態から低位置となる平坦領域Lに下降させ、上下のピストンで空間を圧縮し、高圧縮率を確保し、制御ピストン15が低位置となる平坦領域Lに達した時点である回転角度θ=420°の位置で点火する。
さらに、回転角度θ=420°〜540°の燃焼工程では、制御ピストン15を低位置となる平坦領域Lに保持させて、駆動ピストン14を押し下げるようにしている。
そして、回転角度θ=540°〜720°の排気工程では、制御ピストン15を低位置の平坦領域Lから、中位置の平坦領域Mを経過して高位置の平坦領域Hに移行させるとともに、駆動ピストン14を押し上げるようにしている。
The operation states of the drive piston 14 and the control piston 15 in each operation process of the engine 10 will be described with reference to FIG.
FIGS. 2A to 2C are explanatory diagrams showing the operating state of the control piston 15 when the rotation angle (θ) of the power shaft 14b is θ = 0 °, θ = 225 °, and θ = 450 °, respectively.
As shown in FIG. 3, in the intake step of the rotation angle θ = 0 ° to 180 °, the control piston 15 is set in the flat region H that maintains the high position in the initial stage, but the rotation angle θ = 120 °. When the position is reached, the control piston 15 starts to move down to the flat region M where the middle position is maintained.
As a result, a large space is formed between the pistons in the initial state so as to ensure a sufficient intake volume.
Further, in the compression process of the rotation angle θ = 180 ° to 420 °, the control piston 15 is lowered from the state where the control piston 15 is maintained in the middle flat region M to the lower flat region L, and the space is compressed by the upper and lower pistons. Then, a high compression rate is ensured, and ignition is performed at a position of the rotational angle θ = 420 °, which is the time when the control piston 15 reaches the flat region L at the low position.
Further, in the combustion process at the rotation angle θ = 420 ° to 540 °, the control piston 15 is held in the flat region L at a low position and the drive piston 14 is pushed down.
Then, in the exhaust process of the rotation angle θ = 540 ° to 720 °, the control piston 15 is shifted from the flat region L at the low position to the flat region H at the high position after passing through the flat region M at the middle position and driven. The piston 14 is pushed up.

以上のように実施の形態1のエンジン10は、シリンダ11内に対向配置された駆動ピストン14及び制御ピストン15とを備え、駆動ピストン14の動力軸14bにカムを介して連結され、制御ピストン15を所定のカム曲線で駆動させるリンク機構を有し、さらに、制御ピストン15のカム曲線が、吸気−圧縮−燃焼−排気のエンジン作動工程において、制御ピストン15をシリンダ11内の定位置にキープさせる、H、M、Lの平坦領域を有するので、制御ピストン15と駆動ピストン14のそれぞれのピストン面の間で形成されるシリンダ空間を、そのエンジン作動工程毎に適切に制御でき、駆動ピストン14の動力軸14bを介して、エンジン10をさらに効率的に稼働させることができる。
また、駆動ピストン14の上死点と下死点との間のシリンダ周壁に、燃料点火部16が配置されているので、吸気工程などの燃焼工程以外で、燃料点火部16が駆動ピストン14自体によって遮蔽保護され、燃料点火部16の作動不良などを効果的に防ぐことができ、メンテナンス性にも優れている。
As described above, the engine 10 according to the first embodiment includes the drive piston 14 and the control piston 15 that are disposed opposite to each other in the cylinder 11, and is connected to the power shaft 14b of the drive piston 14 via the cam. Is driven by a predetermined cam curve, and the cam curve of the control piston 15 keeps the control piston 15 at a fixed position in the cylinder 11 in the intake-compression-combustion-exhaust engine operation process. , H, M, and L, the cylinder space formed between the piston surfaces of the control piston 15 and the drive piston 14 can be appropriately controlled for each engine operation process. The engine 10 can be operated more efficiently through the power shaft 14b.
Further, since the fuel ignition unit 16 is disposed on the cylinder peripheral wall between the top dead center and the bottom dead center of the drive piston 14, the fuel ignition unit 16 is connected to the drive piston 14 itself in a combustion process such as an intake process. , And can effectively prevent malfunction of the fuel ignition unit 16 and is excellent in maintainability.

(実施の形態2)
図4は本発明の実施の形態2に係るエンジンの模式構成図であり、図5(a)は制御ピストンにおけるカム曲線の説明図であり、図5(b)はこの制御ピストンに同期される駆動ピストンの動作状態図である。
図4において、20は実施の形態2のエンジンであり、支持部21は、駆動ピストン14の動力軸14bに、図示しないカムを備えたリンク機構を介して連結され、所定のカム曲線で制御ピストン15のクランク軸15aを上下動させる。
なお、実施の形態2のエンジン20は、その主要部が実施の形態1のエンジン10と同様なので、同様の機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略する。
エンジン20は図5(B)に示すように、駆動ピストン14の動力軸14bが360°回転する間に、吸気−圧縮−燃焼(爆発)−排気の各エンジン作動工程が進行する2サイクルエンジンであり、この動力軸14bの回転に対応する制御ピストン15のカム曲線は、図5(A)のように示される。
なお、このようなカム曲線は一例であって、変形台形曲線、変形正弦曲線、変形等速度曲線などの公知のものが適用でき、これら速度、加速度の値から実際の速度、加速度を計算し、カム機構が適正であるかどうかを判断することができる。
(Embodiment 2)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an engine according to Embodiment 2 of the present invention. FIG. 5A is an explanatory diagram of a cam curve in the control piston, and FIG. 5B is synchronized with the control piston. It is an operation state figure of a drive piston.
In FIG. 4, reference numeral 20 denotes the engine of the second embodiment, and the support portion 21 is connected to the power shaft 14 b of the drive piston 14 via a link mechanism having a cam (not shown), and the control piston has a predetermined cam curve. The 15 crankshafts 15a are moved up and down.
The main part of the engine 20 according to the second embodiment is the same as that of the engine 10 according to the first embodiment.
As shown in FIG. 5 (B), the engine 20 is a two-cycle engine in which the intake-compression-combustion (explosion) -exhaust engine operating steps proceed while the power shaft 14b of the drive piston 14 rotates 360 °. There is a cam curve of the control piston 15 corresponding to the rotation of the power shaft 14b as shown in FIG.
Such a cam curve is an example, and known ones such as a deformed trapezoid curve, a deformed sine curve, and a deformed isovelocity curve can be applied, and the actual speed and acceleration are calculated from these speed and acceleration values, It can be determined whether the cam mechanism is appropriate.

ここで図6は、エンジン20の制御ピストンの変形例における一部拡大構成図である。
図6において、30は実施の形態2における変形例の制御ピストンであり、
気道31は、制御ピストン30の上下面に貫通して形成され、制御ピストン30下部と駆動ピストン14上部との間の下部シリンダ空間11aで気化された燃料ガスを、制御ピストン30上部のシリンダ上部空間11bに導入する。
蓋部32は、シリンダ上部空間11bを形成するためのシリンダ11上端部に設けられ、制御ピストン30のクランク軸15aが気密性を保持して上下に挿通される。弁バルブ33が気道31に設けられている。
この変形例のエンジン20においては、シリンダ下部空間11aで気化された燃料ガスは、制御ピストン30が下がるにつれて、先ずシリンダ上部空間11bに導入される。そして、制御ピストン30が上がると、シリンダ上部空間11b内の燃料ガスが圧縮されるとともに、シリンダ上部空間11bからシリンダ下部空間11aに通ずる弁バルブ33が開いて、燃料ガスは気道31を通って制御ピストン30下部のシリンダ下部空間11a内へ移動されて圧縮されるようになっている。
そして、制御ピストン30が低位置となる平坦領域Lに達した時点で点火される。
なお、シリンダ11には、必要に応じてシリンダ上部空間11b内の燃料ガスを排気するための図示しない排気通路や排気バルブ系などを設けることによって、エンジン作動工程における各サイクルが円滑に進行されるようにしている。
このように、変形例の制御ピストン30を備えたエンジン20は、制御ピストンの上部及び下部にそれぞれ連通したシリンダ空間11b、11aをそれぞれ有しており、エンジン20の駆動ピストン14を作動させるためのシリンダ空間を、制御ピストン30を介して2段に分割して、サイクル工程を適正に調整可能な2サイクルエンジンが実現される。
Here, FIG. 6 is a partially enlarged configuration diagram of a modified example of the control piston of the engine 20.
In FIG. 6, reference numeral 30 denotes a control piston according to a modification of the second embodiment,
The airway 31 is formed so as to penetrate the upper and lower surfaces of the control piston 30, and the fuel gas vaporized in the lower cylinder space 11 a between the lower part of the control piston 30 and the upper part of the drive piston 14 is converted into the cylinder upper space above the control piston 30. 11b.
The lid portion 32 is provided at the upper end portion of the cylinder 11 for forming the cylinder upper space 11b, and the crankshaft 15a of the control piston 30 is inserted vertically while maintaining airtightness. A valve valve 33 is provided in the airway 31.
In the engine 20 of this modification, the fuel gas vaporized in the cylinder lower space 11a is first introduced into the cylinder upper space 11b as the control piston 30 is lowered. When the control piston 30 moves up, the fuel gas in the cylinder upper space 11 b is compressed, and the valve valve 33 leading from the cylinder upper space 11 b to the cylinder lower space 11 a is opened. The fuel gas is controlled through the airway 31. The piston 30 is moved into the cylinder lower space 11a below the piston 30 and compressed.
And it is ignited when the control piston 30 reaches the flat region L at the low position.
The cylinder 11 is provided with an exhaust passage and an exhaust valve system (not shown) for exhausting the fuel gas in the cylinder upper space 11b as necessary, whereby each cycle in the engine operation process proceeds smoothly. Like that.
As described above, the engine 20 including the modified control piston 30 has cylinder spaces 11b and 11a respectively connected to the upper and lower portions of the control piston, and operates the drive piston 14 of the engine 20. By dividing the cylinder space into two stages via the control piston 30, a two-cycle engine capable of appropriately adjusting the cycle process is realized.

実施の形態2のエンジン20は以上のように構成され、制御ピストン15のクランク軸15aを所定のカム曲線で上下動させるための支持部21を備えるので、前記実施の形態1の作用に加えて、機械的強度や耐久性に優れるとともに、エンジンの始動停止の迅速性や出力変化の応答性に優れている。   The engine 20 according to the second embodiment is configured as described above, and includes the support portion 21 for moving the crankshaft 15a of the control piston 15 up and down along a predetermined cam curve. Therefore, in addition to the operation of the first embodiment. In addition to being excellent in mechanical strength and durability, it is excellent in quick start / stop of the engine and responsiveness to output changes.

本発明は自動車用などのエンジンに適用でき、エンジン作動工程毎にシリンダ内の作動容積を適正化してエンジン出力を効率化させることができるとともに、コンパクトで小型化に適したエンジンを提供することができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be applied to an engine for automobiles and the like, and can provide an engine that is compact and suitable for downsizing as well as being able to optimize the operating volume in the cylinder for each engine operating process to increase the engine output efficiency. it can.

実施の形態1に係るエンジンの模式構成図である。1 is a schematic configuration diagram of an engine according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1のエンジンにおける作動状態説明図である。FIG. 3 is an operation state explanatory diagram of the engine according to the first embodiment. (A)制御ピストンにおけるカム曲線のグラフである。(B)駆動ピストンの動作状態図である。(A) It is a graph of the cam curve in a control piston. (B) It is an operation state figure of a drive piston. 実施の形態2に係るエンジンの模式構成図である。3 is a schematic configuration diagram of an engine according to Embodiment 2. FIG. (A)制御ピストンにおけるカム曲線の説明図である。(B)駆動ピストンの動作状態図である。(A) It is explanatory drawing of the cam curve in a control piston. (B) It is an operation state figure of a drive piston. 実施の形態2の変形例におけるエンジンの模式構成図である。FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an engine in a modification of the second embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

10 実施の形態1のエンジン
11 シリンダ
11a シリンダ下部空間
11b シリンダ上部空間
12 燃料供給部
12a 燃料インジェクタ
12b 弁部
13 排気部
14 駆動ピストン
14a クランク軸
14b 動力軸
14c 連接部
15 制御ピストン
15a クランク軸
15b 連接部
15c 回動軸
16 燃料点火部
20 実施の形態2のエンジン
21 支持部
30 変形例の制御ピストン
31 気道
32 蓋部
33 弁バルブ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine of Embodiment 1 11 Cylinder 11a Cylinder lower space 11b Cylinder upper space 12 Fuel supply part 12a Fuel injector 12b Valve part 13 Exhaust part 14 Drive piston 14a Crankshaft 14b Power shaft 14c Connection part 15 Control piston 15a Crankshaft 15b Connection Part 15c Rotating shaft 16 Fuel ignition part 20 Engine of Embodiment 2 21 Supporting part 30 Modified control piston 31 Airway 32 Lid part 33 Valve valve

Claims (3)

(a)燃料供給部及びその排気部をシリンダ周壁に備えたシリンダと、(b)前記シリンダ内にそれぞれのピストン面が対向配置され動力が取り出される駆動ピストン及び燃料が供給されるシリンダ空間を制御する制御ピストンと、(c)前記駆動ピストンの回転する動力軸にカムを介して連結され前記制御ピストンを所定のカム曲線で駆動させるリンク機構と、を有することを特徴とするエンジン。   (A) A cylinder provided with a fuel supply part and its exhaust part on the cylinder peripheral wall, (b) a drive piston from which the respective piston faces are arranged oppositely in the cylinder and power is taken out, and a cylinder space to which fuel is supplied And (c) a link mechanism that is connected via a cam to a rotating power shaft of the drive piston and drives the control piston with a predetermined cam curve. 前記駆動ピストンの上死点と下死点との間の前記シリンダ周壁に燃料点火部が配置されていることを特徴とする請求項1記載のエンジン。   The engine according to claim 1, wherein a fuel ignition part is disposed on the cylinder peripheral wall between a top dead center and a bottom dead center of the drive piston. 前記制御ピストンの動作状態を表すカム曲線が、吸気−圧縮−燃焼−排気のエンジン作動工程において前記制御ピストンを前記シリンダ内の定位置にキープさせる複数の平坦領域を有していることを特徴とする請求項1又は2記載のエンジン。
The cam curve representing the operating state of the control piston has a plurality of flat regions that keep the control piston at a fixed position in the cylinder in an intake-compression-combustion-exhaust engine operation process. The engine according to claim 1 or 2.
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