JP2018091289A

JP2018091289A - エンジン

Info

Publication number: JP2018091289A
Application number: JP2016237146A
Authority: JP
Inventors: 雄祐北本; Yusuke Kitamoto
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2016-12-06
Filing date: 2016-12-06
Publication date: 2018-06-14

Abstract

【課題】簡潔な構造により軽量なアトキンソンサイクル機構を実現する。
【解決手段】ピストン１２と、ピストンピン１３と、クランクピン２０を有するクランクシャフト１４と、ピストンピン１３に取り付けられる小端部２２及び、クランクピン２０に取り付けられる大端部２３を有するコンロッド１５と、小端部２２に同心且つピストンピン１３に偏心して取り付けられた第１部材１６と、クランクピン１３と同心の大端部２３に取り付けられた第２部材１７と、第１部材１６と第２部材１７とを連結する無端部材１８とを備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに関し、特に燃焼効率を改善するエンジンに関する。

従来、膨張行程では、コンロッドがピストンの往復動方向に沿った状態で動き、吸気行程では、コンロッドが往復動方向に対して傾斜した状態で動くようにしたエンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたエンジンでは、膨張行程におけるピストンストロークが、吸気行程におけるピストンストロークよりも大きくなる。その結果、膨張比を圧縮比よりも大きくすることができる。

また、クランクシャフトジャーナルに回動的に連結可能な第１端を有する連接棒と、第１回動点において連接棒の第２端に回動的に連結可能な、かつ第１回動点から末端にある第２回動点においてピストンピンに回動的に連結可能な連結部材と、ピストンピンの周りを回る第１回動点の回転運動とクランクシャフトの周りを回るクランクシャフトジャーナルの回転運動とを同期する回転同期手段とを有するエンジンが知られている（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に記載されたエンジンでは、連接棒の取付点が、連接棒とピストンピンとの間に回動可能に取り付けられた連結部材によってピストンピンから離間されている。そのため、ピストンが上死点の位置にある時に、クランクシャフトジャーナルが上中心位置にあることを必要としない往復動ピストンエンジンを作り出すことが可能になる。クランクシャフトジャーナルは、上中心位置と底中心位置との中間の位置に位置することが可能になり、燃焼のすぐ後に従来の往復動ピストンエンジンで可能となるよりも大きなトルクを、クランクシャフトジャーナルに加えることができる。そして、クランクシャフトジャーナルが回転してその上中心位置を過ぎた後、燃焼室内のシリンダ容積を保持または減少させることにより、エンジン内で利用可能な最大の力を、その回転サイクル中最適の位置にあるクランクシャフトジャーナルに加えることができる。

特開２０１４−２３４７０７号公報特表２００１−５１５１６５号公報

ところで、特許文献１記載の技術では、内周に歯を有するリングギアと、リングギアの歯に噛合する遊星ギアと、ピストンに一端部が連結され、遊星ギアにおけるその中心よりも径方向外側の位置に他端部が連結されたコネクティングロッドと、出力軸とを備えている。そのため、多数の部品を必要として構造が複雑になることにより、簡潔な構造により軽量なアトキンソンサイクル機構を実現することができない課題がある。

また、特許文献２記載の技術では、回転同期手段が、クランクシャフトジャーナルの周りに固定に保持されたクランクシャフト歯車と、第２歯車保持ピンによって連接棒ハーフの少なくとも一方に取り付けられた第２歯車と、遊び歯車保持ピンを介して連接棒の少なくとも一方に取り付けられた遊び歯車と、カムディスクに固定的に取り付けられたカムディスク歯車と、からなる。そのため、多数の部品を必要として構造が複雑になることにより、簡潔な構造により軽量なアトキンソンサイクル機構を実現することができない課題がある。

本開示の技術は、簡潔な構造により軽量なアトキンソンサイクル機構を実現することを目的とする。

本開示の技術は、ピストンと、前記ピストンに取り付けられたピストンピンと、クランクピンを有するクランクシャフトと、前記ピストンピンに取り付けられる小端部及び、前記クランクピンに取り付けられる大端部を有するコンロッドと、前記小端部に同心且つ前記ピストンピンに偏心して取り付けられた第１部材と、前記クランクピンと同心の前記大端部に取り付けられた第２部材と、前記第１部材と前記第２部材とを連結する無端部材と、を備えることを特徴とする。

また、前記第１部材に複数の第１歯部が形成されると共に、前記第２部材に複数の第２歯部が形成され、前記第１歯部と前記第２歯部との歯車比が、２：１に設定されることが好ましい。

また、前記無端部材が、チェーンであってもよい。

また、前記無端部材が、ベルトであってもよい。

また、前記無端部材が、ギアであってもよい。

本開示の技術によれば、簡潔な構造により軽量なアトキンソンサイクル機構を実現することができる。

本実施形態に係るエンジンを示す要部分解斜視図である。本実施形態に係るエンジンを示す模式断面図である。本実施形態に係るエンジンの作用を示す模式断面図である。本実施形態に係るエンジンの変形例を示す模式断面図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジンについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１，２に示すように、エンジン１０は、シリンダ１１と、ピストン１２と、ピストンピン１３と、クランクシャフト１４と、コンロッド１５と、第１部材１６と、第２部材１７と、本発明の「無端部材」の一例としてのチェーン１８とを備えている。

エンジン１０は、ピストン１２の死点間の１回の移動を１行程とし、連続する４行程を１サイクルとして吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程とに順次割り当てる４ストロークのエンジンである。本実施形態では、エンジン１０を圧縮着火式のディーゼルエンジンとして説明するが、これとは異なり、火花点火式の４ストロークのガソリンエンジン、ＬＮＧ（液化石油ガス）やＣＮＧ（圧縮天然ガス）を燃料とするエンジンにも適用可能である。また、図中には１気筒の構成のみを示すが、エンジン１０は２気筒以上を備える多気筒エンジンであってもよい。

シリンダ１１の上部には、不図示のシリンダヘッド、吸気バルブ、排気バルブ、カムシャフト、噴射ポンプ等が配置される。シリンダ１１の下方には、同じく不図示のシリンダブロックが配置されている。

ピストン１２は、シリンダ１１内で上下に往復移動自在に収容されている。なお、ピストン１２の外周には、シリンダ１１の内壁との間の気密性を保持するための不図示のピストンリングが装着されている。

ピストンピン１３は、円柱形状に形成されて、ピストン１２に設けられている不図示のピン孔に嵌合されている。ピストンピン１３は、ピン孔を介してピストン１２の中心（重心）に配置されている。

クランクシャフト１４は、クランク軸１９と、クランクピン２０と、クランクアーム２１とを備えている。クランク軸１９は、不図示のメタル等の軸受を介してシリンダブロックに回転自在に軸支されている。クランクピン２０は、クランク軸１９に対する平行位置においてクランクアーム２１から一方向に延出して形成されている。クランクアーム２１は、クランクピン２０の対向位置に錘状に形成されている。クランクピン２０は、クランクシャフト１４に別体に形成された後にクランクシャフト１４に一体的に取り付けられる。

コンロッド１５は、小端部（スモールエンドとも称する）２２と、大端部（ビッグエンドとも称する）２３とを有する。小端部２２は、ピストン１２の内側においてピストンピン１３に回動自在に取り付けられる。大端部２３は、ベアリング（メタル）２４を介してクランクシャフト１４のクランクピン２０に回転自在に取り付けられる。

第１部材１６は、軸部２５と、歯車部２６とを一体に有する。軸部２５は、コンロッド１５の小端部２２における軸受孔２７に回動自在に挿通される。歯車部２６は、予め定められた歯数の歯部２８を外周に有する平歯車である。そして、第１部材１６は、小端部２２の中心に対して偏心すると共に、歯車部２６と軸部２５とを貫通した形成された回動中心孔２９を有する。回動中心孔２９にはピストンピン１３が挿通される。

第２部材１７は、外周に予め定められた歯数の歯部３０を外周に有するリング形状の平歯車である。第２部材１７はキー溝３１を有する。第２部材１７は、キー溝３１と、クランクシャフト１４のクランクピン２０に形成されたキー溝３２と、に嵌め込まれるキー３３によってクランクピン２０に回転不能に取り付けられる。

第１部材１６の歯車部２６に形成された歯部２８と、第２部材１７の歯部３０との歯数比は、好ましくは、２：１に設定されている。

チェーン１８は、無端状に形成された動力伝達部材である。チェーン１８は、第１部材１６の歯部２８と第２部材１７の歯部３０とに掛け渡されている。チェーン１８は、クランクシャフト１４の回転による第２部材１７の変位に伴い、第１部材１６を回動させる。

次に、図３を参照してエンジン１０の作用について説明する。なお、図３ではチェーン１８の図示を省略する。図３（Ａ）に示すように、吸気工程においては、ピストン１２の下降に伴いピストンピン１３は位置Ａ１から位置Ａ２まで下降する。このとき、第２部材１７は位置Ｂ１から位置Ｂ２まで図３中時計回転方向に１８０度変位する。これに伴い、第１部材１６は位置Ｃ１から位置Ｃ２まで図３中時計回転方向に９０度回動する。そのため、クランクピン２０の中心からピストンピン１３の中心までは距離Ｌ１に設定される。

図３（Ｂ）に示すように、吸気工程から圧縮工程に移行する際、ピストン１２の上昇に伴いピストンピン１３は位置Ａ２から位置Ａ３まで上昇する。このとき、第２部材１７は位置Ｂ２から位置Ｂ３まで図３中時計回転方向に１８０度変位する。これに伴い、第１部材１６は位置Ｃ２から位置Ｃ３まで図３中時計回転方向に９０度回動する。そのため、クランクピン２０の変位に伴い、クランクピン２０の中心からピストンピン１３の中心までは距離Ｌ１よりも長い距離Ｌ２に設定される。

図３（Ｃ）に示すように、圧縮工程の終了時には、ピストンピン１３は位置Ａ３まで上昇している。このとき、第２部材１７は位置Ｂ２から位置Ｂ３まで変位している。これに伴い、第１部材１６は位置Ｃ２から位置Ｃ３まで回動している。そのため、クランクピン２０の変位に伴い、クランクピン２０の中心からピストンピン１３の中心までは距離Ｌ２よりも短い距離Ｌ３に設定されている。

図３（Ｄ）に示すように、次に、圧縮工程から膨張行程に移行する際、ピストン１２の下降に伴いピストンピン１３は位置Ａ３から位置Ａ４まで下降する。このとき、第２部材１７は位置Ｂ３から位置Ｂ４まで図３中時計回転方向に１８０度変位する。これに伴い、第１部材１６は位置Ｃ３から位置Ｃ４まで回動する。そのため、クランクピン２０の変位に伴い、クランクピン２０の中心からピストンピン１３の中心までは、圧縮工程での距離Ｌ２よりも短い距離Ｌ４に設定される。

本実施形態において、第１部材１６の歯車部２６に形成された歯部２８と、第２部材１７の歯部３０との歯数比は、２：１に設定されているため、第２部材１７の２回転の間に第１部材１６は１回転する。これにより、ピストン１２において、圧縮比よりも膨張比を大きく設定することが可能となり、燃焼効率が効果的に改善されるようになる。

以上詳述したよう、本実施形態のエンジン１０によれば、第２部材１７の変位に伴う第１部材１６の回動によって、ピストン１２のストロークを、吸気工程から圧縮工程に移行する際よりも圧縮工程から膨張行程に移行する際の方を大きく取ることができる。これにより、圧縮比よりも膨張比を大きく設定して、簡潔な構造により軽量なアトキンソンサイクル機構を実現することができる。

また、本実施形態では、第１部材１６の歯車部２６に形成された歯部２８と、第２部材１７の歯部３０との歯数比が、２：１に設定されているため、第２部材１７の２回転の間に第１部材１６を１回転させることができる。

また、本実施形態では、無端部材としてチェーン１８を適用しているため、第２部材１７から第１部材１６へロスのない動力伝達を行うことができる。

次に、図４を参照して本発明の変形例のエンジンについて説明する。図４に示すように、本変形例のエンジン４０は、無端部材としてベルト４１を適用している。ベルト４１は、無端状に形成された動力伝達部材である。この場合、ベルト４１は歯付ベルトが好ましい。なお、ベルト４１が歯付ベルトではない場合、第１部材１６、第２部材１７は、歯部２８、歯部３０を有さないプーリであってもよい。ベルト４１は、第１部材１６の外周部と第２部材１７の外周部とに掛け渡されているため、クランクシャフト１４の回転による第２部材１７の変位に伴い第１部材１６を回動させる。

本変形例では、無端部材としてベルト４１を適用しているため、駆動音を減少させて第２部材１７から第１部材１６へロスのない動力伝達を行うことができる。

なお、本発明は、上記実施形態に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で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、第１部材１６及び第２部材１７の回転方向は、図示した時計回転方向に限定されることはなく、反時計回転方向に回転（回動）させることもできる。

また、無端部材は、チェーン１８やベルト４１に限定されず、ギアを用いることもできる。この場合、第１部材１６は回転方向を問わないため、伝達に用いるギヤは適宜最適な個数に設定することができる。

１０エンジン
１２ピストン
１３ピストンピン
１４クランクシャフト
１５コンロッド
１６第１部材
１７第２部材
１８チェーン（無端部材）
２２小端部
２３大端部
４０エンジン
４１ベルト（無端部材）

Claims

ピストンと、
前記ピストンに取り付けられたピストンピンと、
クランクピンを有するクランクシャフトと、
前記ピストンピンに取り付けられる小端部及び、前記クランクピンに取り付けられる大端部を有するコンロッドと、
前記小端部に同心且つ前記ピストンピンに偏心して取り付けられた第１部材と、
前記クランクピンと同心の前記大端部に取り付けられた第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材とを連結する無端部材と、を備える
ことを特徴とするエンジン。
前記第１部材に複数の第１歯部が形成されると共に、前記第２部材に複数の第２歯部が形成され、前記第１歯部と前記第２歯部との歯車比が、２：１に設定された
請求項１に記載のエンジン。
前記無端部材が、チェーンである
請求項１又は２に記載のエンジン。
前記無端部材が、ベルトである
請求項１又は２に記載のエンジン。
前記無端部材が、ギアである
請求項１又は２に記載のエンジン。