JP2009191801A - Internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関に関し、特に、燃焼による熱エネルギーを回転運動の力学的エネルギーに効率良く変換することができる内燃機関に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine, and more particularly to an internal combustion engine that can efficiently convert thermal energy from combustion into mechanical energy of rotational motion.
レシプロエンジンは、往復動機関やピストンエンジン、或いは、ピストン機関などと称される内燃機関であり、シリンダ内に往復移動可能に挿入されたピストンを、コネクティングロッドを介して、クランク軸に接続し、燃料をシリンダ内で燃焼させると共に、この燃焼により発生した燃焼生成物を作動流体として用いることで動力を得るように構成されている。 A reciprocating engine is an internal combustion engine called a reciprocating engine, a piston engine, or a piston engine, and a piston inserted in a cylinder so as to be reciprocally movable is connected to a crankshaft via a connecting rod, While combusting fuel in a cylinder, it is comprised so that motive power may be obtained by using the combustion product generated by this combustion as a working fluid.
即ち、レシプロエンジンは、燃料の燃焼による熱エネルギーを、まず、作動流体の圧力としてピストンの往復運動に変換し、次いで、このピストンの往復運動を、コネクティングロッドを介してクランク軸へ伝達することで、クランク軸の回転運動に変換し、かかるクランク軸の回転運動を力学的エネルギー(動力)として取り出す(特許文献1)。
しかしながら、上述した従来のレシプロエンジンでは、燃焼による熱エネルギーをピストンの往復運動で受け止めると共に、その往復運動を、クランク機構を利用して、回転運動に変換する必要があるため、その分、損失が大きく、熱エネルギーを回転運動の力学的エネルギーに変換する際の変換効率が悪いという問題点があった。 However, in the above-described conventional reciprocating engine, it is necessary to receive the thermal energy from combustion by the reciprocating motion of the piston, and to convert the reciprocating motion into a rotational motion using a crank mechanism. There is a problem that the conversion efficiency when converting thermal energy into mechanical energy of rotational motion is poor.
本発明は上述した問題点を解決するためになされたものであり、燃焼による熱エネルギーを回転運動の力学的エネルギーに効率良く変換することができるエンジンを提供することを目的としている。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an engine that can efficiently convert thermal energy generated by combustion into mechanical energy of rotational motion.
この目的を達成するために、請求項1記載の内燃機関は、エンジンブロックと、そのエンジンブロックに一端側が第1軸により軸支されるコンロッドと、そのコンロッドの他端側に第2軸により軸支されるピストンと、そのピストンが往復移動可能に挿入されるシリンダ部を有すると共に前記エンジンブロックに第3軸により軸支されるターニングシリンダーと、そのターニングシリンダーのシリンダ部と前記ピストンとにより形成される燃焼室へ混合気を導入する吸気手段と、その吸気手段により前記燃焼室へ導入された混合気に点火する点火手段と、その点火手段により点火されて燃焼した混合気を前記燃焼室から外部へ排気する排気手段と、を備え、前記第1軸の軸心および第3軸の軸心が、互いに平行で、かつ、所定間隔を隔てた位置に配置され、前記燃焼室で混合気を燃焼させ、前記ピストンを前記ターニングシリンダーのシリンダ部内で往復移動させつつ前記コンロッドを前記エンジンブロックに対して前記第1軸の軸心周りに回転させると共に、前記ターニングシリンダーを前記エンジンブロックに対して前記第3軸の軸心周りに回転させることで、前記ターニングシリンダーの前記エンジンブロックに対する回転を軸出力として得るように構成されている。
In order to achieve this object, an internal combustion engine according to
請求項2記載の内燃機関は、請求項1記載の内燃機関において、前記第2軸の軸心が前記第1軸の軸心と第3軸の軸心とを含む仮想平面上に位置した場合に、前記ターニングシリンダーのシリンダ部の軸心が前記仮想平面に対して所定角度を有するように構成されている。
The internal combustion engine according to
請求項1記載の内燃機関によれば、混合気が吸気手段により燃焼室へ導入されると、その混合気への点火が点火手段により行われ、燃焼室で混合気が燃焼されると共に、その燃焼された混合気が排気手段により燃焼室から外部へ排気される。
According to the internal combustion engine of
この場合、本発明によれば、ピストンと共に燃焼室を形成するシリンダ部をターニングシリンダーが有すると共に、このターニングシリンダーが第3軸によりエンジンブロックに軸支される構成であるので、燃焼室で混合気を燃焼させることで、その燃焼により発生する燃焼生成物を作動流体として、ターニングシリンダーをエンジンブロックに対して回転させることができ、その結果、かかるターニングシリンダーのエンジンブロックに対する回転を軸出力として得ることができるという効果がある。 In this case, according to the present invention, the turning cylinder has a cylinder portion that forms a combustion chamber together with the piston, and the turning cylinder is supported by the engine block by the third shaft. By burning the combustion cylinder, the turning cylinder can be rotated with respect to the engine block using the combustion product generated by the combustion as the working fluid, and as a result, the rotation of the turning cylinder with respect to the engine block can be obtained as the shaft output. There is an effect that can be.
即ち、従来の内燃機関では、動力(軸出力)を得るためには、燃焼による熱エネルギーを受け止めたピストンの往復運動を、クランク機構を利用して、回転運動に変換する必要があり、損失が大きいため、熱エネルギーを回転運動の力学的エネルギーに変換する際の変換効率が悪いという問題点があったところ、本発明によれば、燃焼によりターニングシリンダーを直接回転させることができ、ピストンの往復運動をクランク機構により回転運動に変換する必要がないので、損失を小さくして、その分、熱エネルギーを回転運動の力学的エネルギーに変換する際の変換効率の向上を図ることができるという効果がある。 That is, in the conventional internal combustion engine, in order to obtain power (shaft output), it is necessary to convert the reciprocating motion of the piston that has received the thermal energy due to combustion into a rotational motion using a crank mechanism, and there is a loss. Since there is a problem that the conversion efficiency when converting thermal energy into mechanical energy of rotational motion is poor due to its large size, according to the present invention, the turning cylinder can be directly rotated by combustion, and the piston reciprocates. Since there is no need to convert the motion into rotational motion by the crank mechanism, the effect of reducing the loss and improving the conversion efficiency when converting the thermal energy into the mechanical energy of the rotational motion can be achieved. is there.
更に、本発明によれば、コンロッドの一端側を、ターニングシリンダーとは独立して、エンジンブロックに第1軸により軸支すると共に、ターニングシリンダーのシリンダ部に挿入されたピストンにコンロッドの他端側を第2軸により軸支する構成であるので、上述したように、ターニングシリンダーがエンジンブロックに対して第3軸周りに回転されると、かかる回転に伴って、コンロッドをエンジンブロックに対して第1軸周りに回転させることができる。 Furthermore, according to the present invention, one end side of the connecting rod is supported by the engine block by the first shaft independently of the turning cylinder, and the other end side of the connecting rod is connected to the piston inserted into the cylinder portion of the turning cylinder. As described above, when the turning cylinder is rotated around the third axis with respect to the engine block, the connecting rod is moved with respect to the engine block along with the rotation. It can be rotated around one axis.
この場合、本発明によれば、第1軸(コンロッドをエンジンブロックに軸支する軸)の軸心と第3軸(ターニングシリンダーをエンジンブロックに軸支する軸)の軸心とを、互いに平行で、かつ、所定間隔を隔てた位置に配置する構成であるので、上述したように、ターニングシリンダーの第3軸周りの回転に伴って、コンロッドを第1軸周りに回転させることで、かかるコンロッドに第2軸により軸支されたピストンをシリンダ部で往復移動させて、燃焼室の体積変化を生じさせることができる。 In this case, according to the present invention, the axis of the first shaft (the shaft that supports the connecting rod on the engine block) and the axis of the third shaft (the shaft that supports the turning cylinder on the engine block) are parallel to each other. In addition, as described above, the connecting rod is rotated around the first axis along with the rotation of the turning cylinder around the third axis. In addition, the piston supported by the second shaft can be reciprocated in the cylinder portion to change the volume of the combustion chamber.
その結果、かかる体積変化を利用して、吸気手段による混合気の燃焼室への導入および排気手段による混合気の燃焼室から外部への排気を効率良く行うことができるという効果がある。更に、かかる体積変化を利用して、燃焼室内の混合気が圧縮された状態で、点火手段による点火を行うことで、燃焼した際の膨張比を大きくして、熱効率の向上を図ることができ、その結果、燃費や出力の向上を図ることができるという効果がある。 As a result, it is possible to efficiently use the volume change to introduce the air-fuel mixture into the combustion chamber by the intake means and exhaust the air-fuel mixture from the combustion chamber to the outside by the exhaust means. Furthermore, by using such volume change, ignition by the ignition means in a state where the air-fuel mixture in the combustion chamber is compressed, the expansion ratio at the time of combustion can be increased, and the thermal efficiency can be improved. As a result, there is an effect that fuel consumption and output can be improved.
請求項2記載の内燃機関によれば、請求項1記載の内燃機関の奏する効果に加え、第2軸(ピストンをコンロッドに軸支する軸)の軸心が第1軸(コンロッドをエンジンブロックに軸支する軸)の軸心と第3軸(コンロッドをエンジンブロックに軸支する軸)の軸心とを含む仮想平面上に位置した場合、即ち、ピストンが上死点まで上がった場合または下死点まで押し下げられた場合に、ターニングシリンダーのシリンダ部の軸心が仮想平面に対して所定角度を有するように構成したので、シリンダ部内を往復移動するピストンの移動距離を、第1軸の軸心と第3軸の軸心との間の間隔よりも大きくすることができるという効果がある。その結果、内燃機関全体としての小型化および軽量化を図りつつ、排気量を増加させて、高出力化を図ることができるという効果がある。 According to the internal combustion engine of the second aspect, in addition to the effect produced by the internal combustion engine of the first aspect, the axis of the second shaft (the shaft that supports the piston on the connecting rod) is the first shaft (the connecting rod serves as the engine block). When the axis is located on a virtual plane including the axis of the third axis (axis that supports the connecting rod to the engine block), that is, when the piston is raised to the top dead center or below Since the axial center of the cylinder portion of the turning cylinder has a predetermined angle with respect to the imaginary plane when pushed down to the dead center, the movement distance of the piston that reciprocates in the cylinder portion is set to the axis of the first axis. There is an effect that it can be made larger than the distance between the center and the axis of the third axis. As a result, there is an effect that it is possible to increase the displacement and increase the output while reducing the size and weight of the internal combustion engine as a whole.
以下、本発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照して説明する。図1は、本発明の実施の形態におけるターニングエンジン100を示した図であり、図1(a)は、ターニングエンジン100の断面図であり、図1(b)は、図1(a)のIb−Ib線におけるターニングエンジン100の断面図である。なお、図1(a)は、図1(b)のIa−Ia線における断面図である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a diagram showing a
なお、図1(a)では、理解を容易とするため、ターニングシリンダー2のエンジンブロック1に対する回転方向を矢印Rで示しており、ターニングシリンダー2のシリンダライナー23及びピストン3がターニングエンジン100の上側(図1上側)に位置する状態を実線にて示している。その上側に位置する状態を基準として軸心O1を中心に90度、180度および270度回転した状態を二点鎖線にて示している。
In FIG. 1A, for easy understanding, the rotation direction of the turning
また、図1(b)においては、理解を容易とするため上下方向の寸法をIb−Ib線上における寸法と若干異なる寸法で示しており、Ib−Ib線上の円弧部分に関しては表示を省略している。 Further, in FIG. 1B, for easy understanding, the vertical dimension is shown as slightly different from the dimension on the Ib-Ib line, and the arc portion on the Ib-Ib line is not shown. Yes.
図2は、エンジンブロック1のメインブロック10を示した図であり、図2(a)は、メインブロック10の正面図であり、図2(b)は、図2(a)のIIb−IIb線におけるメインブロック10の断面図である。なお、図2(b)では、メインブロック10とサブブロック11とを分離した状態を示している。図3は、ターニングシリンダー2を示した図であり、図3(a)は、ターニングシリンダー2の正面図であり、図3(b)は、ターニングシリンダー2の側面図である。
2 is a view showing the
図1に示すように、ターニングエンジン100は、オートバイに使用される2サイクルの内燃機関(燃焼室容積の変化1回に付き1回の燃焼を生じる内燃機関)であり、エンジンブロック1と、ターニングシリンダー2と、ピストン3と、コネクティングロッド4とを主に備えている。
As shown in FIG. 1, a
エンジンブロック1は、車体フレーム(図示せず)に固定されると共にターニングエンジン100の基体を構成する部材であり、メインブロック10と、サブブロック11と、第1シリンダーシャフト12と、第2シリンダーシャフト13と、コンロッドシャフト14と、吸気口15と、排気口16とを備えている。
The
図2(b)に示すように、メインブロック10は、軸心O1を有し略円筒形状に構成される円筒部10aと、その円筒部10aの一端側(図2(b)右側)から内方(図2(b)上下方向内方)に張り出すと共に軸心O1を有し略円環状の平板として構成される円環部10bとを備えており、その円環部10bと円筒部10aとから一体に構成されている。
As shown in FIG. 2B, the
また、円筒部10aの上部(図1(a)上部)外周面側には、2個のプラグPが円筒部10aの円周方向に沿って並んで螺着されており、その外周面に対向する内周面側には、ドーム形状に構成されたヘッド面10cが凹設され燃焼室Aが形成されている。よって、燃焼室A自体がプラグPに対して回転する第2実施の形態においても、確実に混合気へ着火することができる。
In addition, two plugs P are screwed side by side along the circumferential direction of the
また、プラグPには、イリジウム又はイリジウム合金を中心電極に用いてなる内燃機関用点火栓が用いられており、その中心電極の直径は、0.3〜0.5mmに設定されている。よって、中心電極の温度の低下を防止して、圧縮された混合気への着火性の向上を図ることができる。なお、プラグPは図示しない点火装置から電力(誘導起電力)が供給され火花を発生させる。 Further, the plug P uses a spark plug for an internal combustion engine using iridium or an iridium alloy as a central electrode, and the diameter of the central electrode is set to 0.3 to 0.5 mm. Therefore, the temperature of the center electrode can be prevented from decreasing, and the ignitability of the compressed air-fuel mixture can be improved. The plug P is supplied with electric power (induced electromotive force) from an ignition device (not shown) to generate a spark.
なお、燃焼室Aは、ピストン3及びヘッド面10cもしくは円筒部10aの内周面にて囲まれた空間であり、ヘッド面10cは、後述する第1シリンダーシャフト12及び第2シリンダーシャフト13の軸心O1と、コンロッドシャフト14の軸心O2とを結んだ直線の延長線上であって、軸心O2側(図1(a)上側)に配設されている。
The combustion chamber A is a space surrounded by the
図1に示すように、サブブロック11は、メインブロック10にボルトBを介して締結されてメインブロック10と一体とされるものであり、軸心O1を有し略円環状の平板として構成されている。このように、サブブロック11が着脱自在とされることで、メインブロック10を開口させてターニングシリンダー2をエンジンブロック1の内部に収容することができる。
As shown in FIG. 1, the sub-block 11 is fastened to the
図1に示すように、第1シリンダーシャフト12は、ベアリングRBを介して後述するターニングシリンダー2を軸支する部材であり、軸心O1を有し略円柱形状に構成されると共に円環部10bに圧入されている。また、第1シリンダーシャフト12には、軸心O2を有し有底の孔として構成される第1圧入孔12aが形成されている。なお、軸心O1と軸心O2とは、距離L1離れた位置に平行に配設されている。
As shown in FIG. 1, the
図1に示すように、第2シリンダーシャフト13は、ベアリングRBを介して後述するターニングシリンダー2を軸支する部材であり、軸心O1を有し略円柱形状に構成される。また、第2シリンダーシャフト13には、軸心O2を有し有底の孔として構成される第2圧入孔13aが形成されている。
As shown in FIG. 1, the
また、第2シリンダーシャフト13の直径D12は、後述する出力軸21の内径D22より十分小さな寸法値に設定されており、第2シリンダーシャフト13が出力軸21の内部に挿通することができる(D12<D22)。
Further, the diameter D12 of the
図1に示すように、コンロッドシャフト14は、軸心O2を有し円柱形状に構成されている。このコンロッドシャフト14は、第1シリンダーシャフト12の第1圧入孔12aに圧入され、その圧入されたコンロッドシャフト14にコネクティングロッド4の大端が摺動可能に挿通される。その後、第2シリンダーシャフト13の第2圧入孔13aがコンロッドシャフト14に圧入されて組み立てられる。
As shown in FIG. 1, the connecting
なお、コンロッドシャフト14及び第2シリンダーシャフト13の組み立てにおいては、従来の内燃機関に使用されるクランクシャフトの組み立てクランクを組み立てる要領(圧入代の設定、圧入条件など)にて組み立てられる。
The connecting
図1、図2(a)及び図2(b)に示すように、吸気口15は、混合気(空気にガソリンを混合させた気体)を取り入れるための貫通孔であり、円環部10bに貫通形成され円環部10bの外側と内側とに開口されており、後述するシリンダ吸気口20dと対面した状態において外部と空間S1とを連通させる。よって、空間S1の内部圧力が外部の圧力より低い場合には、外部から供給される混合気を空間S1に流入させることができる。
As shown in FIG. 1, FIG. 2 (a) and FIG. 2 (b), the
なお、本実施の形態では、図示しない気化器または電子制御燃料噴射装置から空気中に燃料が噴霧され混合気が形成されている。 In the present embodiment, fuel is sprayed into the air from a carburetor or an electronically controlled fuel injection device (not shown) to form an air-fuel mixture.
また、図1、図2(a)及び図2(b)に示すように、排気口16は、燃焼ガス(混合気が燃焼したもの)を排出するための貫通孔であり、円環部10aに貫通形成され円筒部10aの外側と内側とに開口されており、後述するシリンダライナー23と対面した状態において外部との燃焼室Aとを連通させる。よって、混合気が燃焼して燃焼ガスに変化しつつ膨張された場合には、燃焼室Aから外部に燃焼ガスを排出させることができる。
Further, as shown in FIGS. 1, 2A and 2B, the
図3に示すように、ターニングシリンダー2は、回転力を取り出すためのものであり、第1シリンダーシャフト12および第2シリンダーシャフト13にベアリングRBを介して外嵌されている。そのため、軸心O1を回転の中心としてエンジンブロック1の内部で回転可能とされる。また、ターニングシリンダー2は、中空部20と、出力軸21と、埋め栓22と、シリンダライナー23とを備えている。
As shown in FIG. 3, the
図3(a)及び図3(b)に示すように、中空部20は、軸心O1を有し略円筒形状に構成される円筒部20aと、軸心O1を有すると共に円筒部20aの一端側(図3(a)下側)から内方(図3(a)左右方向内方)に張り出すことで略円環状の平板として構成される円環部20bと、その円環部20bに対向して配設されると共に円筒部20aの他端側(図3(a)上側)に配設され略円形の平板として構成される円盤部20cとを備えており、円筒部20aと円環部20bと円盤部20cとから一体に構成されている。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
また、円盤部20cには、中空部20の外側(図3(a)上側)から内側(図3(a)下側)にシリンダ吸気口20dが貫通形成されている。そのシリンダ吸気口20dは、混合気を中空部20の内部空間である空間S1に取り込むためのものであり、前述したように、吸気口15と対面した際に、空間S1が外部より圧力が低い場合に混合気を取り込むことができる。
Further, a
出力軸21は、サブブロック11にベアリングRBを介して軸支される部材であり、軸心O1を有し略円柱形状に構成されると共に円環部20bの内縁側から軸心O1方向外側(図3(a)下側)に向けて立設されている。前述したように、出力軸21の内径D22(図1(b)参照)は、第2シリンダーシャフト13の直径D12より大きな寸法値に設定されているので、組み立ての際に、第2シリンダーシャフト13を出力軸21から挿通させてコンロッドシャフト14に組み付けることができる。
The
埋め栓22は、出力軸21の開口部を閉封するための部材であり略円柱形状に構成され出力軸21に螺合されている。よって、第2シリンダーシャフト13の組み付け後に出力軸21の開口を埋め栓22にて閉封することができるので、空間S1の気密性を保つことができる。その結果、ピストン3がターニングシリンダー2に対して変異することで生じる空間S1の容積変化により、空間S1の内部圧力が変化する。
The
この空間S1の内部圧力の変化は、シリンダ吸気口20dと吸気口15とが対面している状態で外部の圧力より低圧となるように、シリンダライナー23とシリンダ吸気口20dと吸気口15との位置(軸心O1を中心とした円周方向の位置)が設定されている。
The change in the internal pressure of the space S1 is such that the
図3(a)及び図3(b)に示すように、シリンダライナー23は、ピストン3を収容する部位であり、軸心O3を有すると共に略円筒形状に構成され両開口の一端側の開口が円筒部20aの外周面に形成されている。また、軸心O3は、軸心O1に直交する仮想平面上の直線であり、ピストンピン3bの軸心が軸心O1と軸心O2とを結ぶ仮想直線上に位置する状態(従来の内燃機関(レシプロエンジン)の圧縮上死点の状態)において、軸心O3の延長線が軸心O1と軸心O2とを結ぶ仮想直線に対して所定の角度(15度)を有している。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the
即ち、シリンダライナー23の軸心O3は、中空部20の径方向に対して所定の角度を有して配設されている。
That is, the axial center O3 of the
また、シリンダライナー23の側面には、掃気口(図示せず)が貫通形成されている。この掃気口は、中空部20の空間S1からシリンダライナー23の内側へ混合気を送り込むためのものであり、ピストン3がシリンダライナー23内を上下動することでピストン3の側面にて開閉される。
A scavenging port (not shown) is formed through the side surface of the
なお、掃気口(図示せず)の配設位置は、シリンダライナー23が排気口16と対面した後でターニングシリンダー2が回転を継続して燃焼室A内の圧力が下がった位置であり、その位置にてピストン3の側面による掃気口(図示せず)の閉封が終了するように設定される。よって、燃焼室Aの内部圧力が空間Sの圧力より低くなった状態で、掃気口(図示せず)から混合気が流入する。
The scavenging port (not shown) is disposed at a position where the
ピストン3は、一端側が閉封された円筒形状に構成されており、図1に示すように、側面視略矩形形状に構成され、シリンダライナー23に摺動可能に内嵌されている。また、ピストン3は、シリンダライナー23に内嵌された状態で軸心O3に直交すると共に軸心O1及び軸心O2に平行な方向に貫通形成されるピン孔3aを有しており、そのピン孔3aには、コネクティングロッド4の小端に辞軸支されたピストンピン3bが内嵌されている。ピストンピン3bは、軸心O1と平行な軸心を有する略円筒形状に構成されている。
The
コネクティングロッド4は、ピストン3をコンロッドシャフト14に連結するための部材であり正面視弓形形状に構成されると共に小端側(図1上側)がピストン3にピストンピン3bを介して振動可能に軸支されており大端側(図1下側)がコンロッドシャフト14を介して回動可能に軸支されている。なお、コネクティングロッド4の長さ(図1(b)上下方向寸法値)は、ピストン3の軸心O1を中心とする円周方向の位置に関わらずピストン3の頂部が円筒部20aの外周面から突出しない長さに設定されている。
The connecting
上述のように構成されたターニングエンジン100は、図1に示すように、ターニングシリンダー2がエンジンブロック1の第1シリンダーシャフト12及び第2シリンダーシャフト13にベアリングRBを介して回動可能に外嵌され、ピストン3がコンロッドシャフト14を介してコネクティングロッド4に回動可能に軸支される。また、ターニングシリンダー2の回転の中心である軸心O1と、ピストン3の回転の中心である軸心O2とは、距離L1離れた位置に平行に配設されている。そこで、中空部20が矢印R方向に回転されるとシリンダライナー23に内嵌されるピストン3のピストンピン3bが軸心O2を中心とする仮想円C上を矢印R方向に回動する。
As shown in FIG. 1, the turning
この仮想円Cは、図1に示すように、円筒部20aの外周面に対して、軸心O2を中心とする径方向の距離が周期的に変化する軌跡である。よって、ピストン3のピストンピン3bが仮想円C上を回動すると、シリンダライナー23、ピストン3及びヘッド面10cもしくは円筒部10aの内周面にて囲まれた空間である燃焼室Aの容積が周期的に変化する。
As shown in FIG. 1, the virtual circle C is a trajectory in which the radial distance centered on the axis O2 changes periodically with respect to the outer peripheral surface of the
また、ピストン3が移動することで空間S1の容積も周期的に変化する。この容積変化により外部と空間S1との間に圧力差が生じる。この圧力差を利用して混合気が燃焼室Aに送り込まれる。この圧力差による混合気の流れの詳細は、図4を参照して後述する。
Further, the volume of the space S1 periodically changes as the
また、ヘッド面10cは、後述する第1シリンダーシャフト12及び第2シリンダーシャフト13の軸心O1と、コンロッドシャフト14の軸心O2とを結んだ直線の延長線上であって軸心O2側(図1(a)上側)に配設されているので、ピストン3がもっとも円筒部10aの内周面に近接したときに燃焼室Aを形成する。
The
即ち、軸心O1に直交する仮想平面上において、ピストンピン3bが軸心O1と軸心O2とを結ぶ直線上に位置する状態が従来の内燃機関(レシプロエンジン)の圧縮上死点の状態に対応する。
That is, the state in which the
例えば、従来の内燃機関(レシプロエンジン)における圧縮上死点では、燃焼圧がクランクシャフトの回転軸の中心に作用するので、クランクシャフトの回転が停止した状態では、燃焼室内に燃焼圧が発生してもクランクシャフトが回転することはなかった。 For example, at the compression top dead center in a conventional internal combustion engine (reciprocating engine), the combustion pressure acts on the center of the rotation shaft of the crankshaft, so that the combustion pressure is generated in the combustion chamber when the rotation of the crankshaft is stopped. But the crankshaft never rotated.
ここで、本実施の形態では、シリンダライナー23の軸心O3が軸心O1に対して所定の角度を有しているので、上述した圧縮上死点の状態にて、燃焼室Aで燃焼圧が生じた場合にも、シリンダライナー23の右側の内側面に燃焼圧が作用してターニングシリンダー2がエンジンブロック1に対して矢印R方向に回転する。
Here, in the present embodiment, since the axis O3 of the
即ち、圧縮上死点の状態においてターニングシリンダー2に回転力を与えることができる。よって、燃焼による熱エネルギーを回転運動の力学的エネルギーとして効率良く取り出すことができる。
That is, a rotational force can be applied to the
次いで、図4を参照して、ターニングエンジン100の混合気および燃焼ガスの流れについて説明する。図4は、ターニングエンジン100の断面をターニングシリンダー2の位置が異なる状態で示した状態断面図であり、図4(a)から図4(d)は、ターニングシリンダー2がエンジンブロック1に対して90度毎に正回転(図4紙面垂直方向視右回転)した状態を示したターニングエンジン100の断面図である。
Next, with reference to FIG. 4, the flow of the air-fuel mixture and combustion gas of the
なお、図4(a)から図4(d)は、ターニングシリンダー2がエンジンブロック1に対して矢印R方向に回転している状態の一時的な状態を示しており、ターニングシリンダー2には、回転による慣性力が働いている。
4 (a) to 4 (d) show a temporary state in which the
図4(a)に示すように、ピストン3は、円筒部10aの内周面に最も近接しており、燃焼室Aに充填された混合気が最大限に圧縮されている。この状態からプラグPによって着火されて燃焼が開始される。前述したように、シリンダライナー23は、軸心O1に直交する平面上の直線であって軸心O1と軸心O2とを結んだ直線に対して所定の角度を有しているので、燃焼圧がシリンダライナー23の右側(図4(a)右側)の内周面に作用してターニングシリンダー2が時計回りに回転することができる。
As shown in FIG. 4A, the
よって、圧縮上死点の状態においてもターニングシリンダー2に回転力を与えることができる。その結果、燃焼による熱エネルギーを回転運動の力学的エネルギーとして効率良く取り出すことができる。なお、この時、ターニングシリンダー内部容積S1には、吸気口15から吸入された混合気で充満されている。
Therefore, a rotational force can be applied to the
次いで、図4(b)に示すように、ターニングシリンダー2がエンジンブロック1に対して矢印R方向に90度回転すると、ピストン3がシリンダライナー23の軸心O2側に移動する。よって、燃焼室Aの容積が図4(a)に示される燃焼室Aの容積より増加し、ターニングシリンダー内部容積S1の容積が図4(a)に示されるターニングシリンダー内部容積S1の容積より減少している。その結果、ターニングシリンダー内部容積S1の容積が減少するとターニングシリンダー内部容積S1に充満している混合気が圧縮される。
Next, as shown in FIG. 4B, when the
次いで、図4(c)に示すように、ターニングシリンダー2がエンジンブロック1に対して図4(b)の状態から矢印R方向にさらに90度(図4(a)の状態から180度)回転すると、シリンダライナー23の燃焼室A側の開口が排気口16と対向した状態となる。この場合、燃焼室Aの圧力が外部圧力より高いので、混合気が燃焼した気体である燃焼ガスが排気口16から外部へ排出される。
Next, as shown in FIG. 4C, the
そして、燃焼ガスが排出され燃焼室Aの圧力がターニングシリンダー内部容積S1の圧力より小さくなるタイミングでピストン3が掃気口(図示せず)を開いて新しい混合気が燃焼室A内に流入される。その後、ピストン3が掃気口(図示せず)を閉じた後に、シリンダライナー23の燃焼室A側の開口が円筒部10aの内周面に対向されて燃焼ガスの排出が終了する。
Then, at the timing when the combustion gas is discharged and the pressure in the combustion chamber A becomes smaller than the pressure in the turning cylinder internal volume S1, the
次いで、図4(d)に示すように、ターニングシリンダー2がエンジンブロック1に対して図4(c)の状態から矢印R方向にさらに90度(図4(a)の状態から270度)回転すると、ピストン3がシリンダライナー23の円筒部10a側に移動する。よって、燃焼室Aの容積が図4(c)に示される燃焼室Aの容積より減少し、燃焼室A内部と混合気が圧縮される。
Next, as shown in FIG. 4D, the
また、ピストン3がシリンダライナー23の円筒部10a側に移動することで、ターニングシリンダー内部容積S1の容積が図4(c)に示されるターニングシリンダー内部容積S1の容積より増加する。そのため、ターニングシリンダー内部容積S1の容積が増加するとターニングシリンダー内部容積S1の圧力が低くなる。その時吸気口15はシリンダ吸気口20dに対向しておりターニングシリンダー内部容積S1と外部とが連通された状態となる。よって、外部の圧力より圧力が低いターニングシリンダー内部容積S1に新しい混合気が流入する。そして、図4(a)に示された状態へと移行する。
Further, when the
図4(a)から図4(d)までの状態の繰り返しによりターニングエンジン100は、ターニングシリンダー2をエンジンブロック1に対して回転させて回転力を発生させることができる。
By repeating the states from FIG. 4A to FIG. 4D, the turning
例えば、従来の内燃機関(レシプロエンジン)では、回転力を発生させるためにピストンをクランクに連結させピストンの往復運動をクランクの回転運動に変換していた。そのため、ピストンの往復運動による振動やピストンの速度変化による回転のムラが発生していた。その結果、熱エネルギーを回転運動の力学的エネルギーとして出力する際の効率が悪いという具合が発生していた。 For example, in a conventional internal combustion engine (reciprocating engine), in order to generate a rotational force, a piston is connected to a crank and the reciprocating motion of the piston is converted into a rotational motion of the crank. For this reason, vibration due to the reciprocating motion of the piston and uneven rotation due to a change in the speed of the piston have occurred. As a result, there has been a problem that the efficiency in outputting thermal energy as mechanical energy of rotational motion is poor.
ここで、本実施の形態では、ターニングシリンダー2をエンジンブロック1に対して回転させることで回転力を発生させているので、ピストン3の往復運動を省略して振動の低減およびピストンの速度変化による回転のムラの低減を図ることができる。よって、回転力に変換されない振動のエネルギーを低減させて、ターニングエンジン100の動力損失の低減を図ることができる。その結果、燃焼による熱エネルギーを回転運動の力学的エネルギーとして効率良く取り出すことができる。
Here, in this embodiment, since the turning force is generated by rotating the
また、エンジンブロック1の円環部10bに吸気口15を形成してターニングシリンダー2のシリンダ吸気口20dと対向させることでターニングシリンダー21回転の間に混合気の吸入を可能とし、エンジンブロック1の円筒部10aに排気口16を形成してシリンダライナー23の開口と対向させることでターニングシリンダー21回転の間に燃焼ガスの排出を可能とした。そのため、ターニングエンジン100は、2サイクルエンジン(従来の内燃機関(レシプロエンジン)のクランクシャフト1回転あたり1回の燃焼が発生するエンジン)の形態をとることは可能となり、ターニングエンジン100の小型化、軽量化および高出力化を図ることができる。
In addition, an
また、例えば、ロータリーエンジンの場合は、三角形のローターがケース内部で回転の軸の位置を変化させながら動くのでローターを収容するケース内部の形状が複雑になり、それに伴いローターとケースとのシール性を確保するためには、高精度の加工が必要とされる。よって、製造コストが嵩むという具合があった。 Also, for example, in the case of a rotary engine, the triangular rotor moves while changing the position of the axis of rotation inside the case, so the shape inside the case that accommodates the rotor becomes complicated, and accordingly the sealing property between the rotor and the case In order to ensure this, high-precision processing is required. Therefore, there is a condition that the manufacturing cost increases.
ここで、本実施の形態では、エンジンブロック1に収容されるターニングシリンダー2が正面視円形状に構成されているので、エンジンブロック1の内部形状も正面視円形状に構成することができる。そのため、エンジンブロック1の円筒部10aの内周面と、ターニングシリンダー2の円筒部20aの外周面とに高精度の加工を省略して、エンジンブロック1の円筒部10aの内周面とターニングシリンダー2の円筒部20aの外周面とのシール性を確保することができる。その結果、製造コストの削減を図ることができる。
Here, in the present embodiment, since the
また、シリンダライナー23の軸心O3は、中空部20の径方向に対して所定の角度を有して配設されている。そのため、軸心O1と軸心O2との距離以上にシリンダライナー23内部でのピストン3の移動距離を確保することができる。よって、ターニングエンジン100の外形形状を変更することなく排気量を増加させて高出力を図ることができる。
The axis O3 of the
また、ターニングシリンダー2を交換するだけで出力を変更することができるので、出力の異なるターニングエンジン100を多種製造する場合、ターニングエンジン100を構成するターニングシリンダー2以外の部品を共用化することができる。よって、ターニングエンジン100を構成するターニングシリンダー2以外の部品の製造コストを削減することができる。
In addition, since the output can be changed simply by replacing the
次いで、図5及び図9を参照して、第2実施の形態について説明する。図5は、第2実施の形態におけるターニングエンジン200を示した図であり、図5(a)は、ターニングエンジン200の断面図であり、図5(b)は、図5(a)のVb−Vb線におけるターニングエンジン200の断面図である。なお、図5(a)は、図5(b)のVa−Va線における断面図である。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a view showing a
なお、図5(a)では、理解を容易とするため、ターニングシリンダー202のエンジンブロック201に対する回転方向を矢印R1で示しており、ターニングシリンダー202のシリンダライナー223及びピストン3は、ターニングエンジン200の上側(図5上側)に位置する状態を実線にて示しており、その上側に位置する状態からエンジンブロック201の軸心O5を中心としてターニングシリンダー202の矢印R1方向に90度毎に回転した状態(上側(図5(a)上側)に位置する状態を基準として軸心O5を中心に90度、180度および270度回転した状態)を二点鎖線にて示している。
In FIG. 5A, for easy understanding, the rotation direction of the
また、図5(b)においては、理解を容易とするため上下方向の寸法をVb−Vb線上における寸法と若干異なる寸法で示している。 Further, in FIG. 5B, for easy understanding, the vertical dimension is shown with a dimension slightly different from the dimension on the Vb-Vb line.
図6は、エンジンブロック201を示した図であり、図6(a)は、メインブロック210の正面図であり、図6(b)は、図6(a)のVIb−VIb線におけるメインブロック210の側面図である。図7は、ターニングシリンダー202を示した図であり、図7(a)は、ターニングシリンダー202の正面図であり、図7(b)は、図7(a)のVIIb−VIIb線におけるターニングシリンダー202の側面図である。
6 is a view showing the
なお、図6(b)では、メインブロック210とサブブロック211とを分離した状態を示しており、図7(b)ではバルブ基体部250とバルブカバー251とを分離した状態を示している。また、図面の簡略化のため、図6(a)では、ボルトBが螺合されるねじ孔を省略している。
6B shows a state in which the
第1実施の形態では、ピストン3が1回転する間に1回の燃焼を生じる2サイクルエンジンの形態として構成されている場合を説明したが、第2実施の形態では、ピストン3が2回転する間に1回の燃焼を生じる4サイクルエンジンの形態として構成されている。
In the first embodiment, a case has been described in which the
即ち、第2実施の形態では、エンジンブロック201とターニングシリンダー202との間にエンジンブロック201及びターニングシリンダー202と同一の軸心O5を有するドラムバルブ205が配設され、ターニングシリンダー202の1/2の回転速度で回転しつつシリンダライナー223の外周面に形成される開口部を開閉することでターニングエンジン200のガス交換(燃焼ガスを混合気と入れ替えること)を行っている。なお、上記した第1実施の形態と同一の部分には同一の符号を付して、その説明は省略する。
That is, in the second embodiment, a
図5(b)に示すように、ターニングエンジン200は、オートバイに使用される4サイクルの内燃機関(燃焼室容積の変化1回に付き2回の燃焼を生じる内燃機関)であり、エンジンブロック201と、ターニングシリンダー202と、ドラムバルブ205と、点火装置207とを主に備えている。
As shown in FIG. 5 (b), the turning
図5(b)に示すように、エンジンブロック201は、車体フレーム(図示せず)に固定されると共にターニングエンジン200の基体を構成する部材であり、メインブロック210と、サブブロック211と、吸気口215と、排気口216と、プラグ溝217と、点火装置収容部218と備えている。
As shown in FIG. 5 (b), the
メインブロック210は、図6(b)に示すように、軸心O5を有し略円筒形状に構成される円筒部210aと、その円筒部210aの一端側(図6(b)右側)から内方(図6(b)上下方向内方)に張り出すことで軸心O5を有する略円環状の平板として構成される円環部210bとを備えており、円筒部210aと円環部210bとから一体に構成されている。
As shown in FIG. 6B, the
サブブロック211は、メインブロック210にボルトB(図示せず)を介して締結されてメインブロック210と一体とされるものであり軸心O5を有し略円環状の平板として構成される。このように、サブブロック211がボルトBによってメインブロック210に対して着脱自在とされるので、サブブロック211を取り外した状態において、ターニングシリンダー202及びドラムバルブ205をエンジンブロック201の内部に収容して、その後サブブロック211を組み付けることができる。
The
図6(a)及び図6(b)に示すように、吸気口215は、混合気(空気にガソリンを混合させた気体)を取り入れるための通路であり、円筒部210aに貫通形成され円筒部210aの外側(図6(a)左右方向外側)に開口する貫通孔である外部開口部215aと、円筒部210aの内側(図6(a)左右方向内側)に開口する内部開口部215bとを有している。その内部開口部215bと外部開口部215aとは連通されているので、吸気口215はメインブロック210の外部と内部とを連通する。
As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the
また、図6(a)及び図6(b)に示すように、内部開口部215bは、円筒部210aの内周面上の円周方向に延設された溝として構成されており、外部開口部215aから軸心O5を中心とした両方向にそれぞれ120度の角度まで延設されている。なお、内部開口部215bを円筒部210aの円周方向全域に延設しても良い。その場合、ドラムバルブ205のバルブ吸気口255の開口によってのみ混合気を吸入する回転角度が決まる。
Further, as shown in FIGS. 6A and 6B, the
図6(a)及び図6(b)に示すように、排気口216は、燃焼ガス(混合気が燃焼したもの)を排出するための通路であり、円筒部210aに貫通形成され円筒部210aの外側(図6(a)左右方向外側)に開口する貫通孔である外部開口部216aと、円筒部210aの内側(図6(a)左右方向内側)に開口する内部開口部216bとを有している。その内部開口部216bと外部開口部216aとは連通されているので、排気口216はメインブロック210の外部と内部とを連通する。
As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), the
また、内部開口部216bは、円筒部210aの内周面上の円周方向に延設された溝として構成されており、外部開口部216aから軸心O5を中心とした両方向にそれぞれ120度の角度まで延設されている。なお、内部開口部216bを円筒部210aの円周方向全域に延設しても良い。その場合、ドラムバルブ205のバルブ排気口256の開口によってのみ混合気を吸入する回転角度が決まる。
Further, the
図6(a)及び図6(b)に示すように、内部開口部215b,216bがそれぞれ外部開口部215a,215bから両方に120度の角度にまで延設されているので、円筒部210aには、内部開口部215b,216bとの両方が形成される部位(図6(a)上下部位)を有することとなる。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
そこで、例えば、内部開口部215b,216bとの両方が形成される部位(図6(a)上下部位)にて、バルブ吸気口255とバルブ排気口256とを同時に開口する構成とした場合には、バルブ吸気口255とバルブ排気口256とが同時に燃焼室A1に連通される構成(オーバーラップを有する構成)とすることができる。よって、燃焼ガスの慣性と、排気口216から反射される圧力変化との効果により混合気を燃焼室A1に流入しやすくして混合気の燃焼室A1への充填効率の向上を図り、ターニングエンジン200の出力の向上を図ることができる。
Therefore, for example, when the
また、排気口216の内部開口部216bは、メインブロック210の開口側(図6(b)左側)よりメインブロック210の円環部210b側(図6(b)右側)に配設され、吸気口215の内部開口部215bは、排気口216の内部開口部216bよりメインブロック210の開口側(図6(b)左側)に配設されている。
Further, the
即ち、排気口216の内部開口部216bと吸気口215の内部開口部215bとは、円筒部210aの内周面上であって軸心O5方向に位置をずらして配設されている。よって、排気口216の内部開口部216bは、後述するドラムバルブ205のバルブ排気口256と対面され、吸気口215の内部開口部215bは、後述するドラムバルブ205のバルブ吸気口255と対面される。
That is, the
図6(a)及び図6(b)に示すように、プラグ溝217は、プラグPの一部(ターミナル部)を収容するための溝であり、円筒部210aの内周面上を一周まわる輪状に構成されると共に内部開口部215bと内部開口部216bとの間に配設されている。そのプラグ溝217には、後述する点火装置207を収容する孔である点火装置収容部218が連通されている。
As shown in FIGS. 6A and 6B, the
図5(b)に示すように、ターニングシリンダー202は、回転力を取り出すと共にその回転力の一部でドラムバルブ205を回転させるためのものであり、シリンダライナー223と、ギヤ入力224とを備えている。
As shown in FIG. 5B, the
シリンダライナー223は、ピストン3を収容する部位であり、シリンダライナー23の掃気口(図示せず)を省略した構成とされている。即ち、第2実施の形態では、シリンダライナー223の開口を後述するドラムバルブ205により開閉して混合気と燃焼ガスとの交換を行うので、混合気専用の開口である掃気口(図示せず)を省略することができる。
The
ギヤ入力224は、中空部20の回転力を後述する減速遊星ギヤ機構208に入力するための部位であり、略円筒形状に構成され中空部20の円盤部20cの内縁から出力軸21と反対側に向かって立設されて、円筒形状の先端側(図5(b)左側)の外周には図示しない歯型が形成されている。なお、ギヤ入力224の外周面に形成される歯型は、後述する減速遊星ギヤ機構208のサンギヤ部を構成しているため、詳細の説明は、減速遊星ギヤ機構208の説明を合わせて図8を参照して後述する。
The
図7(a)及び図7(b)に示すように、ドラムバルブ205は、シリンダライナー223の開口部の開閉を行うための部材であり、バルブ基体部250と、ギヤ出力252と、バルブカバー251と、バルブ吸気口255と、バルブ排気口256とを備えている。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the
図7(b)に示すように、バルブ基体部250は、軸心O5を有し略円筒形状に構成されるバルブ部250aと、そのバルブ部250aの一端側(図7(b)右側)から内方(図7(b)上下方向内方)に張り出すと共に軸心O5を有し略円環状の平板として構成される円環部250bとを備えており、その円環部250bとバルブ部250aとから一体に構成されている。
As shown in FIG. 7B, the
また、バルブ部250aの上部(図7(a)上部)外周面側には、2個のプラグPが螺着されており、その外周面に対向する内周面側には、ヘッド面250cが凹設され燃焼室A1が形成されている。なお、燃焼室A1は、ピストン3及びヘッド面250cもしくはバルブ部250aの内周面にて囲まれた空間である。
In addition, two plugs P are screwed on the outer peripheral surface side of the upper portion (FIG. 7A) of the
図7(b)に示すように、ギヤ出力252は、略円筒形状に構成され円環部250bの内縁からサブブロック211と反対側(図7(b)右側)に向けて立設されており、円環部250bと一体に構成されている。また、ギヤ出力252の円筒形状の先端側(図5(b)左側)の外周には図示しない歯型が形成されている。なお、ギヤ出力252の外周面に形成される歯型は、後述する減速遊星ギヤ機構208のサンギヤ部を構成しているため、詳細の説明は、減速遊星ギヤ機構208の説明を合わせて図8を参照して後述する。
As shown in FIG. 7B, the
図7(b)に示すように、バルブカバー251は、バルブ基体部250にボルトBを介して締結されてバルブ基体部250と一体とされるものであり、軸心O5を有し略円環状の平板として構成されている。このように、バルブカバー251が着脱自在とされることで、ドラムバルブ205を開口させてターニングシリンダー202をエンジンブロック201の内部に収容することができる(図1(a)参照)。
As shown in FIG. 7B, the
また、バルブカバー251及びギヤ出力252は、ベアリングRBを介して出力軸21及びギヤ入力224に外嵌されているので、ターニングシリンダー202に対してドラムバルブ205が回動可能とされている。
Further, since the
図5、図7(a)及び図7(b)に示すように、バルブ吸気口255は、混合気(空気にガソリンを混合させた気体)を燃焼室A1の内部に取り入れるための開口部であり、バルブ部250aに貫通形成されバルブ部250aの外側と内側とに開口されており、シリンダライナー223と対面した状態において外部と燃焼室A1とを連通させる。よって、ピストン3がシリンダライナー223の内部を軸心O6側へ移動することで、燃焼室A1の内部圧力が外部の圧力より低くなり外部から供給される混合気を燃焼室A1に流入させることができる。
As shown in FIGS. 5, 7 (a), and 7 (b), the
また、バルブ吸気口255は、バルブ部250aの外周面上の開口がバルブカバー251側(図7(b)左側)に寄せてある。そのため、ドラムバルブ205がエンジンブロック201に組み付けられた状態において、内部開口部215bとのみ対面することができる。
Further, the
図5、図7(a)及び図7(b)に示すように、バルブ排気口256は、燃焼ガス(混合気が燃焼したもの)を燃焼室A1の外部に排出するための開口部であり、バルブ部250aに貫通形成されバルブ部250aの外側と内側とに開口されており、シリンダライナー223と対面した状態において外部と燃焼室A1とを連通させる。
As shown in FIGS. 5, 7 (a) and 7 (b), the
よって、ピストン3がシリンダライナー223の内部を軸心O6側に対して反対側へ移動しつつ混合気が燃焼ガスに変化する過程に於ける体積の増加により、燃焼室A1の内部圧力が外部の圧力より高くなり燃焼室A1の内部の燃焼ガスを外部に排出することができる。
Therefore, the internal pressure of the combustion chamber A1 is increased by the increase in volume in the process in which the air-fuel mixture changes into combustion gas while the
また、バルブ排気口256は、バルブ部250aの外周面上の開口が円環部250b側(図7(b)右側)に寄せてある。そのため、ドラムバルブ205がエンジンブロック201に組み付けられた状態において、内部開口部215bとのみ対面することができる。
Further, the
即ち、バルブ排気口256によって燃焼室A1から排出される燃焼ガスは、排気口216の内部開口部216bから外部開口部216aを介して外部に排出され、気化器(図示せず)または電子制御燃料噴射装置(図示せず)から吸気口215の外部開口部215aへ供給された混合気が外部開口部215aを介してバルブ吸気口255から燃焼室A1へ流入される。
That is, the combustion gas discharged from the combustion chamber A1 by the
このように、本実施の形態では、吸気口215と排気口216の配設位置が軸心O5方向に異なり、バルブ吸気口255とバルブ排気口256とそれぞれ吸気口215側および排気口216側に対面する形状に構成されているので、混合気と燃焼ガスとを確実に分離することができる。よって、燃焼ガスの吸気口215への混入を防止して、混合気を効率よく燃焼室A1へ吸入させることができる。その結果、混合気の燃焼室A1への充填効率の向上を図りターニングエンジン200の出力の向上を図ることができる。
Thus, in the present embodiment, the arrangement positions of the
また、混合気と燃焼ガスとを確実に分離することができるので、バルブ吸気口255とバルブ排気口256とが同時に燃焼室A1に連通される構成(オーバーラップを有する構成)とした場合でも、燃焼ガスの慣性と、排気口216から反射される圧力変化との効果により混合気を燃焼室A1に流入しやすくすることができる。その結果、混合気の燃焼室A1への充填効率の向上を図りターニングエンジン200の出力の向上を図ることができる。
Further, since the air-fuel mixture and the combustion gas can be reliably separated, even when the
図5(a)に示すように、点火装置207は、プラグPに電力(誘導起電力)を供給してプラブPから火花を発生させるものであり、プラグPの上側部分(図5(a)上側部分)であるターミナル部に点火装置207の電力供給部位が接触している間に点火コイル(図示せず)に誘導起電力を発生させて、プラグPから火花を飛ばす。
As shown in FIG. 5A, the
次いで、図8を参照して、減速遊星ギヤ機構208の構成について説明する。図8は、減速遊星ギヤ機構208を模式的に表した模式図である。なお、図8に示す矢印入力は、ターニングシリンダー202のギヤ入力224の回転方向を示し、矢印出力はドラムバルブ205のギヤ出力252の回転方向を示している。
Next, the configuration of the reduction
図8に示すように、減速遊星ギヤ機構208は、ターニングシリンダー202の回転力の回転速度を1/2に減速してドラムバルブ205に伝達するものであり、減速部281と増速部282と、連結部283とから構成されている。
As shown in FIG. 8, the reduction
減速部281は、単一遊星歯車機構でありギヤ入力224の外周面に形成される入力サンギヤSG1と、入力プラネタリギヤPG1と、エンジンブロック201に固定される固定リングギヤRG1とを備えている。入力サンギヤSG1の歯数は、固定リングギヤRG1の歯数の1/5倍に設定されているので、入力サンギヤSG1の回転速度の1/6倍の回転速度で入力プラネタリギヤPG1が回転する。
The
増速部282は、単一遊星歯車機構でありギヤ入力224の外周面に形成される出力サンギヤSG2と、出力プラネタリギヤPG2と、エンジンブロック201に固定される固定リングギヤRG1とを備えている。固定リングギヤRG1の歯数は、出力プラネタリギヤPG2の歯数の2倍に設定されているので、出力プラネタリギヤPG2の回転速度の3倍の回転速度で出力サンギヤSG2が回転する。
The
なお、単一遊星ギヤ機構において、リングギヤ(固定リングギヤRG1)を固定した場合、サンギヤ(入力サンギヤSG1、出力サンギヤSG2)の回転方向とプラネタリギヤ(入力プラネタリギヤPG1、出力プラネタリギヤPG2)の回転方向は、同一方向となる。 In the single planetary gear mechanism, when the ring gear (fixed ring gear RG1) is fixed, the rotation direction of the sun gear (input sun gear SG1, output sun gear SG2) and the rotation direction of the planetary gear (input planetary gear PG1, output planetary gear PG2) are the same. Direction.
連結部283は、入力プラネタリギヤPG1と、出力プラネタリギヤPG2とを連結する部材であり、入力プラネタリギヤPG1と、入力プラネタリギヤPG1とを軸支する楕円環状の平板として構成されている。
The connecting
上述のように構成される減速遊星ギヤ機構208は、ターニングシリンダー202が回転して、ギヤ入力224に形成される入力サンギヤSG1が回転されると、入力プラネタリギヤPG1が入力サンギヤSG1と固定リングギヤRG1との間で自転されながら入力サンギヤSG1の回転速度の1/6倍の回転速度で入力サンギヤSG1の周りを回転(公転)する。
In the reduction
入力プラネタリギヤPG1は、連結部283を介して出力プラネタリギヤPG2と連結されており、入力プラネタリギヤPG1が回転すると出力プラネタリギヤPG2が自転しつつ入力プラネタリギヤPG1と同一の回転速度で公転する。出力プラネタリギヤPG2が自転しつつ公転すると、出力サンギヤSG2が出力プラネタリギヤPG2の回転速度の3倍の回転速度で回転する。その結果、出力サンギヤSG2が形成されるギヤ出力252が回転されドラムバルブ205が回転する。
The input planetary gear PG1 is connected to the output planetary gear PG2 via the connecting
即ち、ドラムバルブ205がターニングシリンダー202の1/2倍の回転速度で同一方向に回転される。
That is, the
次いで、図9を参照して、ターニングエンジン200の混合気および燃焼ガスの流れについて説明する。図9は、ターニングエンジン200の断面をターニングシリンダー202及びドラムバルブ205の位置が異なる状態を示した状態断面図であり、図9(a)から図9(c)は、ドラムバルブ205がエンジンブロック201に対して45度毎に矢印R1方向に回転(図9紙面垂直方向視右回転)した状態を示したターニングエンジン200の断面図であり、図9(d)は、図9(c)の状態からドラムバルブ205がエンジンブロック201に対して90度矢印R1方向に回転(図9紙面垂直方向視右回転)した状態を示しており、図9(e)は、図9(d)の状態からドラムバルブ205がエンジンブロック201に対して45度矢印R1方向に回転(図9紙面垂直方向視右回転)した状態を示している。
Next, with reference to FIG. 9, the flow of the air-fuel mixture and the combustion gas of the
なお、図9(a)から図4(e)は、ターニングシリンダー202がエンジンブロック201に対して矢印R1方向に回転している状態の一時的な状態を示しており、ターニングシリンダー202には、回転による慣性力が働いている。
9A to 4E show a temporary state in which the
また、ターニングエンジン200は、減速遊星ギヤ機構208を備えているので、ドラムバルブ205はターニングシリンダー202の回転角度に対して1/2の回転角度で回転する。
In addition, since the
図9(a)に示すように、ピストン3は、ドラムバルブ205の内周面に最も近接しており、燃焼室Aに充填された混合気が最大限に圧縮されている。この状態からプラグPによって着火されて燃焼が開始される。前述したように、シリンダライナー223は、軸心O5に直交する平面上の直線であって軸心O5と軸心O6とを結んだ直線に対して所定の角度を有しているので、燃焼圧がシリンダライナー223の右側(図9(a)右側)の内周面に作用してターニングシリンダー202が矢印R1方向(図9紙面垂直方向視時計回り)に回転することができる。
As shown in FIG. 9A, the
よって、圧縮上死点の状態においてもターニングシリンダー202に回転力を与えることができる。その結果、燃焼による熱エネルギーを回転運動の力学的エネルギーとして効率良く取り出すことができる。
Therefore, a rotational force can be applied to the
次いで、図9(b)に示すように、図9(a)の状態からターニングシリンダー202がエンジンブロック201に対して矢印R1方向に90度回転すると、ドラムバルブ205がエンジンブロック201に対して矢印R1方向に45度回転する。この状態では、シリンダライナー223は、ドラムバルブ205により閉封されており、燃焼が継続されている。
Next, as shown in FIG. 9B, when the
次いで、図9(c)に示すように、図9(b)の状態からターニングシリンダー202がエンジンブロック201に対して矢印R1方向にさらに90度回転すると、ドラムバルブ205がエンジンブロック201に対して矢印R1方向にさらに45度回転する。ここで、シリンダライナー223がドラムバルブ205のバルブ排気口256と対面した状態となる。よって、高圧の燃焼ガスがバルブ排気口256から排気口216に排出される。
Next, as shown in FIG. 9C, when the
次いで、図9(d)に示すように、図9(c)の状態からターニングシリンダー202がエンジンブロック201に対して矢印R1方向にさらに180度回転すると、ドラムバルブ205がエンジンブロック201に対して矢印R1方向にさらに90度回転する。図9(c)の状態から図9(d)の状態に移行する間は、バルブ排気口256にシリンダライナー223が対面しており、その間にピストン3がシリンダライナー223のドラムバルブ205側に移動してくるので、燃焼室A1の容積が小さくなり、燃焼ガスが十分に排出される。
Next, as shown in FIG. 9D, when the
また、図9(d)に示すように、バルブ排気口256との対面状態(図9(c)の状態)が終了した後に、ドラムバルブ205の内周面でシリンダライナー223が再び閉封される。即ち、燃焼ガスが燃焼室A1の内部に還流することを防止している。よって、燃焼ガスの残留量を抑えることができる。
Further, as shown in FIG. 9D, the
次いで、図9(e)に示すように、図9(d)の状態からターニングシリンダー202がエンジンブロック201に対して矢印R1方向にさらに90度回転すると、ドラムバルブ205がエンジンブロック201に対して矢印R1方向にさらに45度回転する。ここで、シリンダライナー223がドラムバルブ205のバルブ吸気口255と対面した状態となる。よって、混合気が供給される吸気口215と連通された状態となる。ここで、ピストン3はシリンダライナー223の内部を軸心O5側へ移動しているので燃焼室A1の容積が増加されその容積に見合った量の混合気が燃焼室A1内部に流入する。
Next, as shown in FIG. 9E, when the
その後、再びドラムバルブ205の内周面とシリンダライナー223とが対面して燃焼室A1が密閉されて混合気が圧縮される。そして、図9(a)に示すように、図9(e)の状態からターニングシリンダー202がエンジンブロック201に対して矢印R1方向にさらに270度回転すると、ドラムバルブ205がエンジンブロック201に対して矢印R1方向にさらに135度回転する。そして、最大限に圧縮された混合気にプラグPにより点火して再び燃焼を発生させる。
Thereafter, the inner peripheral surface of the
図9(a)から図9(e)までの状態の繰り返しによりターニングエンジン200は、ターニングシリンダー202をエンジンブロック201に対して回転させて回転力を発生させることができる。
By repeating the states from FIG. 9A to FIG. 9E, the turning
即ち、ターニングエンジン200は、ターニングシリンダー202に対して1/2の回転速度で同一方向に回転するドラムバルブ205を備え、そのドラムバルブ205は、独立して形成されるバルブ吸気口255とバルブ排気口256とを備えている。よって、ターニングエンジン200を燃焼ガスの排気と混合気の吸気とを切り分けて行うことができる4サイクルエンジンとすることができるので、燃焼ガスの排気と混合気の吸気(掃気)とを同時に行う2サイクルエンジンとする場合に比べて、混合気が燃焼ガスと混じって燃焼しないまま排出されることを防止して、燃費の向上および排気ガス中の有害物質(例えば、ハイドロカーボン、窒素酸化物および一酸化など)の低減を図ることができる。
That is, the turning
例えば、バルブドラムから回転力を取り出した場合には、駆動力が減速遊星ギヤ機構208を介して伝達されるので、ターニングエンジン200の出力に応じて減速遊星ギヤ機構208の強度を向上させる必要があり、減速遊星ギヤ機構208が大型化するという問題点が生じる。
For example, when the rotational force is taken out from the valve drum, the driving force is transmitted through the reduction
ここで、第2実施の形態では、ターニングシリンダー202から回転力を取り出しているので、ドラムバルブ205から回転力を取り出す場合に比べて、減速遊星ギヤ機構208に取り出す回転力による力が掛からないので、その分、減速遊星ギヤ機構208の強度を小さく設定することができる。よって、減速遊星ギヤ機構208を構成する部品を小型化して減速遊星ギヤ機構208の小型化を図り、ターニングエンジン200の小型化を図ることができる。
Here, in the second embodiment, since the rotational force is taken out from the
減速遊星ギヤ機構208に力が掛からないので、歯の噛み合いによる振動および音の発生を抑制することができる。よって、ターニングエンジン200の静粛性を向上させることができる。
Since no force is applied to the reduction
また、バルブ吸気口255とバルブ排気口256とは、バルブ基体部250の外周面の開口部を軸心O5方向に位置をずらしているので、内部開口部215bと内部開口部216bとにそれぞれ対面するように構成されている。
Further, the
よって、燃焼ガスを内部開口部216bに集め、混合気を内部開口部215bから別々に供給することができる。よって、混合気が燃焼ガスと混じって燃焼しないまま排出されることを防止して、燃費の向上および排気ガス中の有害物質(例えば、ハイドロカーボン、窒素酸化物および一酸化など)の低減を図ることができる。
Therefore, the combustion gas can be collected in the
第2実施の形態では、ドラムバルブ205のバルブ部250aにプラグPが取り付けられており、ドラムバルブ205と一体となって回転している。そこで、例えば、プラグPのドラムバルブ205からの飛び出しを防止するために、ドラムバルブ205の径方向の寸法を大きくしてプラグPをドラムバルブ205に埋没させることで飛び出しを防止することができる。しかし、上述したようにドラムバルブ205の径方向の寸法を大きくするとドラムバルブ205が重くなり、ターニングエンジン200のレスポンスが悪化するという不具合がある。
In the second embodiment, a plug P is attached to the
これに対し、第2実施の形態では、ドラムバルブ205に取り付けられたプラグPが移動するプラグ溝217がエンジンブロック201の円筒部210aの内周面に凹設されている。よって、プラグPがドラムバルブ205から飛び出していても、ドラムバルブ205を回転させることができるので、ドラムバルブ205の径方向の寸法が大きくなり重量が増加することを防いで、ターニングエンジン200のレスポンスの悪化を防止することができる。
On the other hand, in the second embodiment, a
また、プラグ溝217上には点火装置収容部218が形成され点火装置207が配設されているので、プラグPが点火装置207に接触することで通電され、プラグPから火花が発生されて、圧縮された混合気に点火することができる。
Further, since the ignition
以上、実施の形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。 The present invention has been described above based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various improvements and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. It can be easily guessed.
例えば、上記各実施の形態で挙げた数値(例えば、各構成の数量や寸法・角度など)は一例を示すものであり、他の数値を採用することは当然可能である。 For example, the numerical values (for example, the number, size, angle, etc. of each component) given in the above embodiments are merely examples, and other numerical values can naturally be adopted.
第2実施の形態では、ターニングシリンダー202から回転力を取り出す構成とされる場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、ドラムバルブ205から回転力を取り出しても良い。この場合、ターニングシリンダー202の1/2の回転速度で回転しているので、約2倍の大きさの回転力を取り出すことができる。
In the second embodiment, the case where the rotational force is extracted from the
本実施の形態では、ターニングエンジン100,200がオートバイに使用される場合を説明したが、必ずしもこれに限られるものではなく、発電機、草刈機、自動車、船舶、飛行機などに使用しても良い。
In the present embodiment, the case where the turning
また、ターニングエンジン100,200を発電機、草刈機、自動車、船舶、飛行機に使用する場合、エンジンブロック1,201を、発電機および草刈機では機体フレームに固定し、自動車では車体フレームに固定し、船舶では船体に固定し、飛行機では機体フレームに固定する。
When the turning
100,200 ターニングエンジン(内燃機関)
1,201 エンジンブロック
2,202 ターニングシリンダー
3 ピストン
3b ピストンピン(第2軸)
4 コネクティングロッド(コンロッド)
10,210 メインブロック
10a,210a 円筒部
10b,210b 円環部
10c ヘッド面
11,211 サブブロック
12 第1シリンダーシャフト(第3軸の一部)
12a 第1圧入孔
13 第2シリンダーシャフト(第3軸の一部)
13a 第2圧入孔
14 コンロッドシャフト(第1軸)
15 吸気口(吸気手段の一部)
16 排気口(排気手段の一部)
215 吸気口(吸気手段の一部)
215a 外部開口部(吸気手段の一部)
215b 内部開口部(吸気手段の一部)
216 排気口(排気手段の一部)
216a 外部開口部(排気手段の一部)
216b 内部開口部(排気手段の一部)
20 中空部
20a 円筒部
20b 円環部
20c 円盤部
20d シリンダ吸気口(吸気手段の一部)
21 出力軸
22 埋め栓
23,223 シリンダライナー(シリンダ部)
205 ドラムバルブ
207 点火装置(点火手段の一部)
208 減速遊星ギヤ機構
217 プラグ溝
218 点火装置収容部
224 ギヤ入力
250 バルブ基体部
251 バルブカバー
252 ギヤ出力
255 バルブ吸気口(吸気手段の一部)
256 バルブ排気口(排気手段の一部)
281 減速部
282 増速部
283 連結部
250a バルブ部
250b 円環部
250c ヘッド面
P プラグ(点火手段の一部)
SG1 入力サンギヤ
SG2 出力サンギヤ
PG1 入力プラネタリギヤ
PG2 出力プラネタリギヤ
RG1 固定リングギヤ
RB ベアリング
S1 空間
A,A1 燃焼室
C 仮想円
L1 距離(第1軸の軸心と第3軸の軸心とが隔てる間隔)
O1,O5 軸心(第3軸の軸心)
O2,O6 軸心(第1軸の軸心)
O3 軸心(シリンダ部の軸心)
100,200 Turning engine (internal combustion engine)
1,201 Engine block 2,202
4 Connecting rod (connecting rod)
10, 210
12a First press-fitting
13a Second press-
15 Intake port (part of intake means)
16 Exhaust port (part of exhaust means)
215 Air intake (part of air intake means)
215a External opening (part of intake means)
215b Internal opening (a part of the intake means)
216 Exhaust port (part of exhaust means)
216a External opening (part of exhaust means)
216b Internal opening (part of exhaust means)
20
21
205
208 Deceleration
256 Valve exhaust port (part of exhaust means)
281
SG1 Input sun gear SG2 Output sun gear PG1 Input planetary gear PG2 Output planetary gear RG1 Fixed ring gear RB Bearing S1 Space A, A1 Combustion chamber C Virtual circle L1 Distance (distance between the axis of the first axis and the axis of the third axis)
O1, O5 axis (axis of axis 3)
O2, O6 axis (axis of the first axis)
O3 axis (cylinder axis)
Claims (2)
そのエンジンブロックに一端側が第1軸により軸支されるコンロッドと、
そのコンロッドの他端側に第2軸により軸支されるピストンと、
そのピストンが往復移動可能に挿入されるシリンダ部を有すると共に前記エンジンブロックに第3軸により軸支されるターニングシリンダーと、
そのターニングシリンダーのシリンダ部と前記ピストンとにより形成される燃焼室へ混合気を導入する吸気手段と、
その吸気手段により前記燃焼室へ導入された混合気に点火する点火手段と、
その点火手段により点火されて燃焼した混合気を前記燃焼室から外部へ排気する排気手段と、を備え、
前記第1軸の軸心および第3軸の軸心が、互いに平行で、かつ、所定間隔を隔てた位置に配置され、
前記燃焼室で混合気を燃焼させ、前記ピストンを前記ターニングシリンダーのシリンダ部内で往復移動させつつ前記コンロッドを前記エンジンブロックに対して前記第1軸の軸心周りに回転させると共に、前記ターニングシリンダーを前記エンジンブロックに対して前記第3軸の軸心周りに回転させることで、前記ターニングシリンダーの前記エンジンブロックに対する回転を軸出力として得るように構成されていることを特徴とする内燃機関。 An engine block,
A connecting rod whose one end is pivotally supported by the engine block by the first shaft;
A piston pivotally supported by the second shaft on the other end of the connecting rod;
A turning cylinder having a cylinder portion into which the piston is reciprocally inserted and supported by a third shaft on the engine block;
An intake means for introducing an air-fuel mixture into a combustion chamber formed by the cylinder portion of the turning cylinder and the piston;
Ignition means for igniting the air-fuel mixture introduced into the combustion chamber by the intake means;
An exhaust means for exhausting the air-fuel mixture ignited and combusted by the ignition means from the combustion chamber, and
The axis of the first axis and the axis of the third axis are arranged parallel to each other and at a predetermined interval;
The air-fuel mixture is combusted in the combustion chamber, the connecting rod is rotated around the axis of the first shaft with respect to the engine block while the piston is reciprocated in the cylinder portion of the turning cylinder, and the turning cylinder is An internal combustion engine configured to obtain rotation of the turning cylinder with respect to the engine block as a shaft output by rotating the engine block about the axis of the third shaft.
Priority Applications (1)
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