JP2021148045A - Internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

To provide an internal combustion engine capable of increasing a time and a stroke of an expansion stroke without extremely delaying closing of an intake valve.SOLUTION: An internal combustion engine 1 includes: a cylinder 2; a piston 5; a crank shaft 6; a first connecting rod 15 connected to the piston 5; an oscillatable guide member 8; a sub-crank shaft 16 for oscillating the guide member 8; and a bridge member 14 having first to third three rotation axes 14a-14c disposed in a manner of being positioned on apexes of a triangle, connecting the crank shaft 6 and the first connecting rod 15 to the first rotation axis 14a and the second rotation axis 14b, and connecting the remaining one third rotation axis 14c slidably along an extending direction of the guide member 8. The sub-crank shaft 16 oscillates the guide member 8 so that an oscillation end 8b of the guide member 8 is moved to a side separating from a center axis 2a of the cylinder 2 in an expansion stroke.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リンク機構を用いて膨張行程のピストンのストロークを圧縮行程のピストンのストロークよりも増加させた内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine in which the stroke of the piston in the expansion stroke is increased more than the stroke of the piston in the compression stroke by using a link mechanism.

従来、吸気バルブの閉弁タイミングを一般のエンジンに比べてかなり遅く設定し、この吸気バルブの遅閉じによって圧縮仕事を低減するアトキンソンサイクル（ミラーサイクル）エンジンにおいて、ターボチャージャによる過給との組み合わせによって、ノッキングや排気温度の上昇を抑制しつつエンジン出力の増加を図るものが、下記特許文献１により公知である。 Conventionally, in the Atkinson cycle (Miller cycle) engine, in which the closing timing of the intake valve is set considerably later than that of a general engine and the compression work is reduced by the late closing of the intake valve, by combining with supercharging by a turbocharger. , Knocking and an increase in engine output while suppressing an increase in exhaust temperature are known from Patent Document 1 below.

また、リンク機構を用いて膨張行程のストロークを圧縮行程のストロークよりも増加させるストローク可変エンジンにおいて、一端がピストンに連結される主コンロッドと、クランクシャフトのクランクピンに連結されるとともに主コンロッドの他端に連結される副コンロッドと、副コンロッドに一端が連結されるコントロールロッドと、クランクシャフトから１／２の回転速度に減速される動力伝達によって偏心軸線まわりに回転するピボット軸とを備え、副コンロッドの重心位置の設定によって、副コンロッドで生じる振動の低減を図り、エンジン振動を抑制するとともに振動に伴って生じる騒音発生を抑制するものが、下記特許文献２により公知である。 In addition, in a stroke variable engine that uses a link mechanism to increase the stroke of the expansion stroke from the stroke of the compression stroke, the main connecting rod, one end of which is connected to the piston, and the other of the main connecting rod, which is connected to the crank pin of the crank shaft. It is equipped with a sub-connecting rod connected to the end, a control rod whose one end is connected to the sub-connecting rod, and a pivot shaft that rotates around the eccentric axis by power transmission that is decelerated from the crank shaft to a rotation speed of 1/2. It is known in Patent Document 2 below that by setting the position of the center of gravity of the connecting rod, the vibration generated in the sub connecting rod is reduced, the engine vibration is suppressed, and the noise generated by the vibration is suppressed.

特開平６−１０６８１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 6-10681 特開２００７−６４０１３号公報JP-A-2007-64013

特許文献１のものは、吸気バルブの閉弁タイミングを遅く設定したことでピストンが上昇を開始してから吸気バルブが閉じるため、実質の排気量が減少して最大出力が低下してしまうだけでなく、一旦燃焼室に吸入された吸気が圧縮行程の初期において吸気ポートに吹き返されてしまい、これによる損失が発生する問題があった。また吸気ポートに吹き返された吸気が次の吸気行程の吸気と混合するため、これを考慮した空燃比の演算が必要になって演算負荷が増加する問題があった。さらに膨張比は機械圧縮比に等しくなるため、熱効率を高めるべく高膨張比を実現しようとすると燃焼室の形状が偏平になってしまう問題があった。 In Patent Document 1, since the intake valve closes after the piston starts to rise by setting the valve closing timing of the intake valve late, the actual displacement is reduced and the maximum output is only lowered. Instead, the intake air once taken into the combustion chamber is blown back to the intake port at the initial stage of the compression stroke, which causes a problem of loss. Further, since the intake air blown back to the intake port is mixed with the intake air in the next intake stroke, it is necessary to calculate the air-fuel ratio in consideration of this, and there is a problem that the calculation load increases. Further, since the expansion ratio becomes equal to the mechanical compression ratio, there is a problem that the shape of the combustion chamber becomes flat when trying to realize a high expansion ratio in order to increase the thermal efficiency.

また、特許文献２のものは、副コンロッドで生じる０．５次振動の低減を図るものであり、クランクシャフトによる回転運動をストロークによる直線運動に変換したその直線運動に生じる２次振動を抑制するものではなく、２次振動に伴う騒音発生を抑制できない。 Further, Patent Document 2 aims to reduce the 0.5th order vibration generated in the sub-conrod, and suppresses the secondary vibration generated in the linear motion obtained by converting the rotational motion by the crankshaft into a linear motion by a stroke. It is not a thing, and the noise generation due to the secondary vibration cannot be suppressed.

本発明は、以上の点に鑑み、吸気バルブを極端に遅閉じすることなく、膨張行程の時間およびストロークを増加させつつ、従来よりも振動を抑制することが可能な内燃機関を提供することを目的とする。 In view of the above points, the present invention provides an internal combustion engine capable of suppressing vibration more than before while increasing the time and stroke of the expansion stroke without closing the intake valve extremely late. The purpose.

［１］上記目的を達成するため、本発明の内燃機関は、
シリンダと、
前記シリンダ内を摺動自在なピストンと、
クランク軸と、
前記ピストンに揺動自在に連結された第１コネクティングロッドと、
揺動自在に設けられた案内部材と、
前記案内部材を揺動させると揺動手段と、
三角形の頂点に位置する様に配置された３つの回転軸線を有し、２つの回転軸線に前記クランク軸と、前記第１コネクティングロッドとを連結し、残りの１つの回転軸線が前記案内部材の延在方向に沿って摺動自在に連結されたブリッジ部材と、
を備え、
前記揺動手段は膨張行程において前記案内部材の揺動端が前記シリンダの中心軸線から離れる側に移動するように前記案内部材を揺動させることを特徴とする。 [1] In order to achieve the above object, the internal combustion engine of the present invention is
Cylinder and
With a piston that can slide in the cylinder,
Crankshaft and
A first connecting rod oscillatingly connected to the piston,
A swingable guide member and
When the guide member is swung, the swinging means and
It has three rotation axes arranged so as to be located at the vertices of a triangle, the crankshaft and the first connecting rod are connected to the two rotation axes, and the remaining one rotation axis is the guide member. A bridge member that is slidably connected along the extending direction,
With
The swinging means swings the guide member so that the swing end of the guide member moves away from the central axis of the cylinder in the expansion stroke.

本発明によれば、吸気バルブを極端に遅閉じすることなく、膨張行程の時間およびストロークを増加させることができる。 According to the present invention, the time and stroke of the expansion stroke can be increased without closing the intake valve extremely late.

また、本発明によれば、最もストロークが長くなる膨張行程時の第１コネクティングロッドの進退運動を、従来よりもシリンダの中心軸線に沿った動きに近づけさせることができ、内燃機関の振動を抑制し、ピストンとシリンダとの摩擦も低減させることができる。 Further, according to the present invention, the advancing / retreating motion of the first connecting rod during the expansion stroke, which has the longest stroke, can be made closer to the motion along the central axis of the cylinder than before, and the vibration of the internal combustion engine can be suppressed. However, the friction between the piston and the cylinder can also be reduced.

［２］また、本発明においては、
前記揺動手段は、前記クランク軸に対して１／２の回転速度に減速されて回転するサブクランク軸を備え、
前記サブクランク軸と前記案内部材の揺動端とが第２コネクティングロッドによって連結されていることが好ましい。 [2] Further, in the present invention,
The swinging means includes a sub-crankshaft that is decelerated to a rotation speed of 1/2 that of the crankshaft and rotates.
It is preferable that the sub-crankshaft and the swinging end of the guide member are connected by a second connecting rod.

本発明によれば、揺動手段をクランク軸の回転を動力とした機械的な構造で構成することができ、膨張比変更に伴う変更手段と制御が不要となり、簡素な機械的構造で膨張比変更が可能となる。 According to the present invention, the swinging means can be configured by a mechanical structure powered by the rotation of the crankshaft, eliminating the need for changing means and control accompanying the change of the expansion ratio, and the expansion ratio with a simple mechanical structure. It can be changed.

［３］また、本発明においては、
前記案内部材は、揺動軸側から揺動端側に向かって延びる長孔を備え、前記長孔に沿って摺動自在となるように前記ブリッジ部材の回転軸線が連結され、
前記ブリッジ部材の回転軸線は、
前記ピストンの上死点を基準に、前記長孔の中央部に位置され、
吸気行程及び膨張行程で前記揺動軸側へ向かうように、前記揺動端を移動させ、
圧縮行程及び排気行程で前記揺動端側へ向かうように、前記揺動端を移動させることが好ましい。 [3] Further, in the present invention,
The guide member has an elongated hole extending from the swinging shaft side toward the swinging end side, and the rotation axis of the bridge member is connected so as to be slidable along the elongated hole.
The rotation axis of the bridge member is
Located in the center of the elongated hole with reference to the top dead center of the piston,
The swing end is moved so as to move toward the swing shaft side in the intake stroke and the expansion stroke.
It is preferable to move the swinging end so as to move toward the swinging end side in the compression stroke and the exhaust stroke.

本発明によれば、揺動手段をクランク軸の回転を動力とした機械的な構造で構成することができ、膨張比変更に伴う変更手段と制御が不要となり、簡素な機械的構造で膨張比変更が可能となる。 According to the present invention, the swinging means can be configured by a mechanical structure powered by the rotation of the crankshaft, eliminating the need for changing means and control accompanying the change of the expansion ratio, and the expansion ratio with a simple mechanical structure. It can be changed.

［４］また、本発明の内燃機関は、
シリンダと、
前記シリンダ内を摺動自在なピストンと、
一端が前記ピストンに揺動自在に連結される第１コネクティングロッドと、
クランク軸と、
前記クランク軸を回転自在に支持するクランクケースと、
クランク軸に連結されるとともに第１コネクティングロッドの他端に連結されるブリッジ部材と、
第１コネクティングロッドの連結位置からずれた位置で前記ブリッジ部材に一端が摺動自在に連結され、且つ揺動自在な案内部材と、
クランク軸に対して１／２の回転速度に減速されて回転するサブクランク軸と、
前記サブクランク軸と、前記案内部材の揺動端と、を連結する第２コネクティングロッドと、
を備えることを特徴とする。 [4] Further, the internal combustion engine of the present invention is
Cylinder and
With a piston that can slide in the cylinder,
A first connecting rod whose one end is swingably connected to the piston,
Crankshaft and
A crankcase that rotatably supports the crankshaft and
A bridge member that is connected to the crankshaft and to the other end of the first connecting rod,
A guide member having one end slidably connected to the bridge member at a position deviated from the connecting position of the first connecting rod and swingable.
A sub-crankshaft that is decelerated to half the rotation speed of the crankshaft and rotates,
A second connecting rod that connects the sub-crankshaft and the swinging end of the guide member.
It is characterized by having.

本発明によれば、内燃機関の高さを抑えて小型化を図ることができる。 According to the present invention, the height of the internal combustion engine can be suppressed to reduce the size.

また、本発明によれば、吸気バルブを極端に遅閉じすることなく、膨張行程の時間およびストロークを増加させることができる。 Further, according to the present invention, the time and stroke of the expansion stroke can be increased without closing the intake valve extremely late.

また、本発明によれば、最もストロークが長くなる膨張行程時の第１コネクティングロッドの進退運動を、従来よりもシリンダの中心軸線に沿った動きに近づけさせることができ、内燃機関の振動を抑制し、ピストンとシリンダとの摩擦も低減させることができる。 Further, according to the present invention, the advancing / retreating motion of the first connecting rod during the expansion stroke, which has the longest stroke, can be made closer to the motion along the central axis of the cylinder than before, and the vibration of the internal combustion engine can be suppressed. However, the friction between the piston and the cylinder can also be reduced.

［５］また、本発明においては、前記シリンダの中心軸線から外れた一方側に前記クランク軸と前記案内部材とが順に配置されていることが好ましい。 [5] Further, in the present invention, it is preferable that the crankshaft and the guide member are arranged in order on one side deviating from the central axis of the cylinder.

本発明によれば、内燃機関の高さを抑えて小型化を図ることができて、最適に配置することができる。また、クランク軸と案内部材を支持するクランクケースを一方側に片寄らせることで、支持部に必要とされるクランクケースの剛性部分を集中させ、クランクケースの軽量化を図ることができる。 According to the present invention, the height of the internal combustion engine can be suppressed to reduce the size, and the internal combustion engine can be optimally arranged. Further, by shifting the crankcase that supports the crankshaft and the guide member to one side, the rigid portion of the crankcase required for the support portion can be concentrated, and the weight of the crankcase can be reduced.

［６］また、本発明においては、前記サブクランク軸は、前記クランク軸の下方に配置されていることが好ましい。 [6] Further, in the present invention, it is preferable that the sub-crankshaft is arranged below the crankshaft.

本発明によれば、内燃機関の高さを抑えて小型化を図ることができて、最適に配置することができる。また、内燃機関の側面に取り付けられる吸排気装置や補器部品との干渉を避け、最適に配置することができる。 According to the present invention, the height of the internal combustion engine can be suppressed to reduce the size, and the internal combustion engine can be optimally arranged. In addition, it is possible to avoid interference with the intake / exhaust device and auxiliary parts attached to the side surface of the internal combustion engine, and to arrange them optimally.

発明の実施形態の内燃機関を示す説明図。Explanatory drawing which shows the internal combustion engine of embodiment of an invention. 本実施形態の内燃機関の出力軸を示す説明図。The explanatory view which shows the output shaft of the internal combustion engine of this embodiment. 本実施形態の内燃機関の排気行程における上死点を示す説明図。Explanatory drawing which shows the top dead center in the exhaust stroke of the internal combustion engine of this embodiment. 本実施形態の内燃機関の吸気行程を示す説明図。The explanatory view which shows the intake stroke of the internal combustion engine of this embodiment. 本実施形態の内燃機関の吸気行程における下死点を示す説明図。The explanatory view which shows the bottom dead center in the intake stroke of the internal combustion engine of this embodiment. 本実施形態の内燃機関の圧縮行程を示す説明図。The explanatory view which shows the compression stroke of the internal combustion engine of this embodiment. 本実施形態の内燃機関の圧縮行程における上死点を示す説明図。The explanatory view which shows the top dead center in the compression stroke of the internal combustion engine of this embodiment. 本実施形態の内燃機関の膨張行程を示す説明図。The explanatory view which shows the expansion stroke of the internal combustion engine of this embodiment. 本実施形態の内燃機関の膨張行程における下死点を示す説明図。The explanatory view which shows the bottom dead center in the expansion stroke of the internal combustion engine of this embodiment. 本実施形態の内燃機関のピストンストローク特性を示すグラフ。The graph which shows the piston stroke characteristic of the internal combustion engine of this embodiment. 本実施形態の内燃機関の第１コネクティングロッドの下端の移動軌跡を示すグラフ。The graph which shows the movement locus of the lower end of the 1st connecting rod of the internal combustion engine of this embodiment. 発明の他の実施形態の内燃機関の出力軸を示す説明図。Explanatory drawing which shows the output shaft of the internal combustion engine of another embodiment of the invention.

図を参照して、発明の実施形態の内燃機関を説明する。 An internal combustion engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

［内燃機関の構造］
図１を参照して、本実施形態の内燃機関１は、いわゆる複リンク式高膨張比エンジンであり、シリンダ２を有するシリンダブロック３と、シリンダ２の上面開口を覆うようにシリンダブロック３に設けられたシリンダヘッド４と、シリンダ２内を摺動自在なピストン５と、クランク軸６と、クランク軸６を支持するクランクケース７と、クランクケース７に揺動軸８ａを中心に揺動自在に設けられた案内部材８と、を備えている。 [Structure of internal combustion engine]
With reference to FIG. 1, the internal combustion engine 1 of the present embodiment is a so-called double-link type high expansion ratio engine, and is provided in the cylinder block 3 having the cylinder 2 and the cylinder block 3 so as to cover the upper surface opening of the cylinder 2. The cylinder head 4 and the piston 5 slidable in the cylinder 2, the crank shaft 6, the crankcase 7 supporting the crank shaft 6, and the crankcase 7 swingable around the swing shaft 8a. The guide member 8 provided is provided.

内燃機関１は、シリンダ２とシリンダヘッド４とピストン５とで画定された燃焼室９を備えている。燃焼室９には、シリンダヘッド４に設けられた吸気ポート１０と排気ポート１１とが臨んでいる。吸気ポート１０は吸気バルブ１２で開閉自在に構成され、排気ポート１１は排気バルブ１３で開閉自在に構成されている。吸気バルブ１２及び排気バルブ１３は動弁機構（図示省略）により駆動される。 The internal combustion engine 1 includes a combustion chamber 9 defined by a cylinder 2, a cylinder head 4, and a piston 5. An intake port 10 and an exhaust port 11 provided in the cylinder head 4 face the combustion chamber 9. The intake port 10 is configured to be openable and closable by the intake valve 12, and the exhaust port 11 is configured to be openable and closable by the exhaust valve 13. The intake valve 12 and the exhaust valve 13 are driven by a valve operating mechanism (not shown).

クランク軸６には、三角形の頂点状に配置された第１から第３の３つの回転軸線１４ａ〜１４ｃを備えるブリッジ部材１４の中央の第１回転軸線１４ａが回転自在に連結されている。ピストン５には、第１コネクティングロッド１５の一端が連結されている。第１コネクティングロッド１５の他端には、ブリッジ部材１４の一方側の第２回転軸線１４ｂが回転自在に連結されている。なお、回転軸線１４ａがクランク軸６のクランクピンに相当する。 A first rotation axis 14a at the center of a bridge member 14 having three first to third rotation axes 14a to 14c arranged in a triangular apex shape is rotatably connected to the crankshaft 6. One end of the first connecting rod 15 is connected to the piston 5. A second rotation axis 14b on one side of the bridge member 14 is rotatably connected to the other end of the first connecting rod 15. The rotation axis 14a corresponds to the crank pin of the crankshaft 6.

案内部材８は、揺動中心としての揺動軸８ａから揺動端８ｂに向かって延びるように配置された長孔８ｃを備えている。この長孔８ｃに沿って摺動自在となるように、案内部材８にブリッジ部材１４の残りの１つの第３回転軸線１４ｃが連結されている。 The guide member 8 includes an elongated hole 8c arranged so as to extend from the swing shaft 8a as the swing center toward the swing end 8b. The remaining one third rotation axis 14c of the bridge member 14 is connected to the guide member 8 so as to be slidable along the elongated hole 8c.

クランクケース７には、クランク軸６の下方に位置させてサブクランク軸１６が回転自在に設けられている。サブクランク軸１６には、第２コネクティングロッド１７の一端が連結されている。第２コネクティングロッド１７の他端は、案内部材８の揺動端８ｂに連結されている。サブクランク軸１６には、サブクランク軸１６の軸線から偏心した位置に軸線を有するピボット軸１７ａが一体に設けられている。ピボット軸１７ａを介してサブクランク軸１６が第２コネクティングロッド１７に連結される。 The crankcase 7 is provided with a sub-crankshaft 16 rotatably located below the crankshaft 6. One end of the second connecting rod 17 is connected to the sub-crankshaft 16. The other end of the second connecting rod 17 is connected to the swinging end 8b of the guide member 8. The sub-crankshaft 16 is integrally provided with a pivot shaft 17a having an axis at a position eccentric from the axis of the sub-crankshaft 16. The sub-crankshaft 16 is connected to the second connecting rod 17 via the pivot shaft 17a.

ブリッジ部材１４や第２コネクティングロッド１７、案内部材８を省略した図２を参照して、クランク軸６には、クランク軸６と同心で一体に回転する駆動ギヤ１８が設けられている。サブクランク軸１６には、サブクランク軸１６と同心で一体に回転する従動ギヤ１９が設けられている。駆動ギヤ１８の回転は、駆動ギヤ１８と噛合する中間ギヤ２０と従動ギヤ１９も噛合することにより中間ギヤ２０を介して従動ギヤ１９に伝達される。 With reference to FIG. 2 in which the bridge member 14, the second connecting rod 17, and the guide member 8 are omitted, the crankshaft 6 is provided with a drive gear 18 that rotates concentrically with the crankshaft 6. The sub-crankshaft 16 is provided with a driven gear 19 that rotates concentrically with the sub-crankshaft 16. The rotation of the drive gear 18 is transmitted to the driven gear 19 via the intermediate gear 20 by engaging the intermediate gear 20 and the driven gear 19 that mesh with the drive gear 18.

駆動ギヤ１８と従動ギヤ１９のギヤ比は、駆動ギヤ１８が２回転すると従動ギヤ１９が１回転するように設定されている。換言すれば、クランク軸６の回転速度の１／２の回転速度でサブクランク軸１６が回転することとなり、減速比は２に設定されているということになる。 The gear ratio between the drive gear 18 and the driven gear 19 is set so that the driven gear 19 makes one rotation when the drive gear 18 makes two rotations. In other words, the sub-crankshaft 16 rotates at a rotation speed that is 1/2 of the rotation speed of the crankshaft 6, and the reduction ratio is set to 2.

中間ギヤ２０には出力軸２１が設けられており、内燃機関１は、出力軸２１から変速機（図示省略）や回転電機（図示省略）などに動力を出力する。 The intermediate gear 20 is provided with an output shaft 21, and the internal combustion engine 1 outputs power from the output shaft 21 to a transmission (not shown), a rotary electric machine (not shown), or the like.

本実施形態の内燃機関１では、吸引行程の下死点において、案内部材８の揺動端部が最もシリンダ２の中心軸線２ａに近づくように構成されている。また、膨張行程の下死点において、案内部材８の揺動端部が最もシリンダ２の中心軸線２ａから遠ざかり、且つブリッジ部材１４と第１コネクティングロッド１５とが連結される第２回転軸線１４ｂがシリンダ２の中心軸線２ａ上であって最も下方に位置するように構成されている。 The internal combustion engine 1 of the present embodiment is configured such that the swinging end portion of the guide member 8 is closest to the central axis 2a of the cylinder 2 at the bottom dead center of the suction stroke. Further, at the bottom dead center of the expansion stroke, the swing end portion of the guide member 8 is farthest from the central axis 2a of the cylinder 2, and the second rotation axis 14b to which the bridge member 14 and the first connecting rod 15 are connected is It is configured to be located on the central axis 2a of the cylinder 2 and at the lowest position.

［内燃機関の作動］
図３から図９を参照して、本実施形態の内燃機関１の作動を説明する。 [Operation of internal combustion engine]
The operation of the internal combustion engine 1 of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 9.

［吸気行程］
図３から図５を参照して、本実施形態の内燃機関１の吸気行程は、図３の上死点から図４を経て図５の吸気行程の下死点までピストン５が移動する。このとき、案内部材８の揺動端８ｂは、サブクランク軸１６の回転によって第２コネクティングロッド１７を介してシリンダ２の中心軸線２ａ側に引っ張られ、図５のピストン５が下死点に到達したときには、揺動端８ｂは最もシリンダ２の中心軸線２ａに接近した状態となる。 [Intake stroke]
With reference to FIGS. 3 to 5, in the intake stroke of the internal combustion engine 1 of the present embodiment, the piston 5 moves from the top dead center of FIG. 3 to the bottom dead center of the intake stroke of FIG. 5 via FIG. At this time, the swing end 8b of the guide member 8 is pulled toward the central axis 2a side of the cylinder 2 via the second connecting rod 17 by the rotation of the sub-crankshaft 16, and the piston 5 in FIG. 5 reaches the bottom dead center. When this is done, the swing end 8b is in a state of being closest to the central axis 2a of the cylinder 2.

［圧縮行程］
図５から図７を参照して、本実施形態の内燃機関１の圧縮行程は、図５の吸気行程の下死点から図６を経て図７の上死点までピストン５が移動し、燃焼室９内の混合ガスを圧縮する。圧縮行程では、案内部材８の揺動端８ｂは、サブクランク軸１６の回転によって第２コネクティングロッド１７によって押されて、次第にシリンダ２の中心軸線２ａから離れるように揺動していく。 [Compression stroke]
With reference to FIGS. 5 to 7, in the compression stroke of the internal combustion engine 1 of the present embodiment, the piston 5 moves from the bottom dead center of the intake stroke of FIG. 5 to the top dead center of FIG. 7 via FIG. 6 and burns. The mixed gas in the chamber 9 is compressed. In the compression stroke, the swing end 8b of the guide member 8 is pushed by the second connecting rod 17 by the rotation of the sub-crankshaft 16, and gradually swings away from the central axis 2a of the cylinder 2.

［膨張行程］
図７から図９を参照して、本実施形態の内燃機関１の膨張行程は、燃焼室９内の混合ガスに点火することによって図７の圧縮行程の上死点から図８を経て図９の膨張行程の下死点までピストン５が移動する。図５の下死点と図９の下死点を比較すると明らかなように、図９の膨張行程の下死点の方が、図５の吸気行程の下死点よりも下方へ下がっていることがわかる。 [Expansion stroke]
With reference to FIGS. 7 to 9, the expansion stroke of the internal combustion engine 1 of the present embodiment is performed from the top dead center of the compression stroke of FIG. 7 by igniting the mixed gas in the combustion chamber 9 through FIG. The piston 5 moves to the bottom dead center of the expansion stroke of. As is clear from comparing the bottom dead center of FIG. 5 with the bottom dead center of FIG. 9, the bottom dead center of the expansion stroke of FIG. 9 is lower than the bottom dead center of the intake stroke of FIG. You can see that.

また、膨張行程においては、案内部材８の揺動端８ｂは、サブクランク軸１６の回転によって第２コネクティングロッド１７を介してシリンダ２の中心軸線２ａから離れる側に押されて、図９のピストン５が膨張行程の下死点に到達したときには、揺動端８ｂは最もシリンダ２の中心軸線２ａから離隔した状態となる。 Further, in the expansion stroke, the swing end 8b of the guide member 8 is pushed by the rotation of the sub-crankshaft 16 to the side away from the central axis 2a of the cylinder 2 via the second connecting rod 17, and the piston of FIG. 9 When 5 reaches the bottom dead center of the expansion stroke, the swing end 8b is in a state of being farthest from the central axis 2a of the cylinder 2.

［排気行程］
図９及び図３を参照して、本実施形態の内燃機関１の排気行程は、図９の下死点から図３の上死点までピストン５が移動し、燃焼室９内の排ガスが排出される。排気行程では、案内部材８の揺動端８ｂは、サブクランク軸１６の回転によって第２コネクティングロッド１７によって引っ張られ、次第にシリンダ２の中心軸線２ａに近づくように揺動していく。 [Exhaust stroke]
With reference to FIGS. 9 and 3, in the exhaust stroke of the internal combustion engine 1 of the present embodiment, the piston 5 moves from the bottom dead center of FIG. 9 to the top dead center of FIG. 3, and the exhaust gas in the combustion chamber 9 is discharged. Will be done. In the exhaust stroke, the swing end 8b of the guide member 8 is pulled by the second connecting rod 17 by the rotation of the sub-crankshaft 16, and gradually swings so as to approach the central axis 2a of the cylinder 2.

［内燃機関のストローク特性］
図１０は、本実施形態の内燃機関１のストローク特性を示している。点線は比較例としてのオットーサイクルの内燃機関のストローク特性を示している。オットーサイクルと比較して、膨張行程のストロークが長く膨張行程の時間が長く採れることがわかる。 [Stroke characteristics of internal combustion engine]
FIG. 10 shows the stroke characteristics of the internal combustion engine 1 of the present embodiment. The dotted line shows the stroke characteristics of the Otto cycle internal combustion engine as a comparative example. It can be seen that the stroke of the expansion stroke is longer and the time of the expansion stroke is longer than that of the Otto cycle.

［第１コネクティングロッド下端の移動軌跡］
図１１は、第１コネクティングロッド１５の下端の移動軌跡を示している。図１１から明らかなように、ストロークの長い膨張行程において、第１コネクティングロッド１５の下端がピストン５の摺動方向と略同一方向に移動していることがわかる。これにより、ピストン５の摺動方向とは異なる方向の力がピストン５に加わることを抑制することができ、騒音を抑制し、シリンダ２とピストン５との摩擦抵抗を低減することができる。なお、図１１において、一点鎖線はピストン軌跡を示し、二点鎖線はクランク軸に連結される一般的なコンロッド大端部の移動軌跡を示している。 [Movement locus of the lower end of the first connecting rod]
FIG. 11 shows the movement locus of the lower end of the first connecting rod 15. As is clear from FIG. 11, it can be seen that the lower end of the first connecting rod 15 moves in substantially the same direction as the sliding direction of the piston 5 in the expansion stroke with a long stroke. As a result, it is possible to suppress the application of a force in a direction different from the sliding direction of the piston 5 to the piston 5, noise can be suppressed, and the frictional resistance between the cylinder 2 and the piston 5 can be reduced. In FIG. 11, the alternate long and short dash line indicates the piston locus, and the alternate long and short dash line indicates the movement locus of a general connecting rod large end connected to the crankshaft.

［本実施形態の内燃機関の効果］
本実施形態の内燃機関１によれば、吸気バルブ１２を極端に遅閉じすることなく、膨張行程の時間およびピストン５の摺動ストロークを増加させることができる。 [Effect of Internal Combustion Engine of the Present Embodiment]
According to the internal combustion engine 1 of the present embodiment, the time of the expansion stroke and the sliding stroke of the piston 5 can be increased without closing the intake valve 12 extremely late.

また、本実施形態によれば、最もストロークが長くなる膨張行程時の第１コネクティングロッド１５の進退運動を、従来よりもシリンダ２の中心軸線に沿った動きに近づけさせることができ、内燃機関１の振動を抑制し、ピストン５とシリンダ２との摩擦も低減させることができる。 Further, according to the present embodiment, the advancing / retreating motion of the first connecting rod 15 during the expansion stroke, which has the longest stroke, can be made closer to the motion along the central axis of the cylinder 2 than in the conventional case, and the internal combustion engine 1 It is possible to suppress the vibration of the piston 5 and reduce the friction between the piston 5 and the cylinder 2.

また、本実施形態によれば、案内部材８を揺動させる揺動手段を、第２コネクティングロッド１７と、サブクランク軸１６と、駆動ギヤ１８と、中間ギヤ２０と、従動ギヤ１９と、で構成し、クランク軸６の回転を動力源とした機械的な構造で構成している。このため、従来のように、吸気バルブの開閉タイミングを膨張比変更に伴って変更する必要がなく、簡素な機械的構造で膨張比変更が可能となる。 Further, according to the present embodiment, the swinging means for swinging the guide member 8 is a second connecting rod 17, a sub-crankshaft 16, a drive gear 18, an intermediate gear 20, and a driven gear 19. It has a mechanical structure that uses the rotation of the crankshaft 6 as a power source. Therefore, unlike the conventional case, it is not necessary to change the opening / closing timing of the intake valve with the change of the expansion ratio, and the expansion ratio can be changed with a simple mechanical structure.

また、本実施形態によれば、内燃機関１の高さ方向の寸法を抑えて小型化を図ることができる。 Further, according to the present embodiment, it is possible to reduce the size of the internal combustion engine 1 by suppressing the dimensions in the height direction.

［他の実施形態の内燃機関］
上記実施形態においては、中間ギヤ２０を介した駆動ギヤ１８と従動ギヤ１９との間の動力伝達を説明した。しかしながら、本発明の揺動手段はこれに限らず、例えば、図１２に示す他の実施形態の内燃機関１のように、中間ギヤを介することなく駆動ギヤ１８を直接従動ギヤ１９に噛合させてもよい。 [Internal combustion engine of another embodiment]
In the above embodiment, the power transmission between the drive gear 18 and the driven gear 19 via the intermediate gear 20 has been described. However, the swinging means of the present invention is not limited to this, and for example, as in the internal combustion engine 1 of another embodiment shown in FIG. 12, the drive gear 18 is directly meshed with the driven gear 19 without using an intermediate gear. May be good.

また、本発明の揺動手段としては、ベルトやチェーンなどを用いて、クランク軸６の回転をサブクランク軸１６に伝達させるように構成してもよい。 Further, as the swinging means of the present invention, a belt, a chain or the like may be used to transmit the rotation of the crankshaft 6 to the sub-crankshaft 16.

また、上記実施形態においては、出力軸２１を中間ギヤ２０に設けたものを説明したが、本発明の内燃機関１の構成はこれに限らず、例えば、出力軸２１をクランク軸６に設けてもよい。 Further, in the above embodiment, the output shaft 21 provided in the intermediate gear 20 has been described, but the configuration of the internal combustion engine 1 of the present invention is not limited to this, and for example, the output shaft 21 is provided in the crankshaft 6. May be good.

また、上記実施形態においては、サブクランク軸１６をクランク軸６の下方に設けたものを説明したが、本発明の内燃機関の構成はこれに限らず、例えば、サブクランク１６をクランク軸の上方に設けてもよい。この場合、内燃機関の高さ方向の寸法を抑えて内燃機関全体の小型化を図ることができる。 Further, in the above embodiment, the sub-crankshaft 16 provided below the crankshaft 6 has been described, but the configuration of the internal combustion engine of the present invention is not limited to this, and for example, the sub-crankshaft 16 is above the crankshaft. It may be provided in. In this case, it is possible to reduce the size of the entire internal combustion engine by suppressing the height dimension of the internal combustion engine.

また、上記実施形態においては、ブリッジ部材１４の第１回転軸線１４ａを上方としたものを説明したが、本発明の内燃機関の構成はこれに限らず、例えば、ブリッジ部材の第１回転軸線を下方としてもよい。この場合、回転自在に連結されるクランク軸６のブリッジ部材への締結が下方から行えることで、組付け作業性が向上できる。 Further, in the above embodiment, the case where the first rotation axis 14a of the bridge member 14 is upward has been described, but the configuration of the internal combustion engine of the present invention is not limited to this, and for example, the first rotation axis of the bridge member 14 is used. It may be downward. In this case, since the crankshaft 6 rotatably connected to the bridge member can be fastened from below, the assembling workability can be improved.

１ 内燃機関
２ シリンダ
２ａ 中心軸線
３ シリンダブロック
４ シリンダヘッド
５ ピストン
６ クランク軸
７ クランクケース
８ 案内部材
８ａ 揺動軸
８ｂ 揺動端
８ｃ 長孔
９ 燃焼室
１０ 吸気ポート
１１ 排気ポート
１２ 吸気バルブ
１３ 排気バルブ
１４ ブリッジ部材
１４ａ 第１回転軸線
１４ｂ 第２回転軸線
１４ｃ 第３回転軸線
１５ 第１コネクティングロッド
１６ サブクランク軸
１７ 第２コネクティングロッド
１８ 駆動ギヤ
１９ 従動ギヤ
２０ 中間ギヤ
２１ 出力軸 1 Internal combustion engine 2 Cylinder 2a Central axis 3 Cylinder block 4 Cylinder head 5 Piston 6 Crankshaft 7 Crankcase 8 Guide member 8a Swing shaft 8b Swing end 8c Long hole 9 Combustion chamber 10 Intake port 11 Exhaust port 12 Intake valve 13 Exhaust Valve 14 Bridge member 14a 1st rotation axis 14b 2nd rotation axis 14c 3rd rotation axis 15 1st connecting rod 16 Sub-crankshaft 17 2nd connecting rod 18 Drive gear 19 Drive gear 20 Intermediate gear 21 Output shaft

Claims (6)

シリンダと、
前記シリンダ内を摺動自在なピストンと、
クランク軸と、
前記ピストンに揺動自在に連結された第１コネクティングロッドと、
揺動自在に設けられた案内部材と、
前記案内部材を揺動させると揺動手段と、
三角形の頂点に位置する様に配置された３つの回転軸線を有し、２つの回転軸線に前記クランク軸と前記第１コネクティングロッドとを連結し、残りの１つの回転軸線が前記案内部材の延在方向に沿って摺動自在に連結されたブリッジ部材と、
を備え、
前記揺動手段は膨張行程において前記案内部材の揺動端が前記シリンダの中心軸線から離れる側に移動するように前記案内部材を揺動させることを特徴とする内燃機関。 Cylinder and
With a piston that can slide in the cylinder,
Crankshaft and
A first connecting rod oscillatingly connected to the piston,
A swingable guide member and
When the guide member is swung, the swinging means and
It has three rotation axes arranged so as to be located at the vertices of a triangle, connects the crankshaft and the first connecting rod to the two rotation axes, and the remaining one rotation axis extends the guide member. A bridge member that is slidably connected along the existing direction,
With
The rocking means is an internal combustion engine that swings the guide member so that the swing end of the guide member moves away from the central axis of the cylinder in the expansion stroke. 請求項１記載の内燃機関であって、
前記揺動手段は、前記クランク軸に対して１／２の回転速度に減速されて回転するサブクランク軸を備え、
前記サブクランク軸と前記案内部材の揺動端とが第２コネクティングロッドによって連結されていることを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 1.
The swinging means includes a sub-crankshaft that is decelerated to a rotation speed of 1/2 that of the crankshaft and rotates.
An internal combustion engine characterized in that the sub-crankshaft and the swinging end of the guide member are connected by a second connecting rod. 請求項２記載の内燃機関であって、
前記案内部材は、揺動軸側から揺動端側に向かって延びる長孔を備え、前記長孔に沿って摺動自在となるように前記ブリッジ部材の回転軸線が連結され、
前記ブリッジ部材の回転軸線は、
前記ピストンの上死点を基準に、前記長孔の中央部に位置され、
吸気行程及び膨張行程で前記揺動軸側へ向かうように、前記揺動端を移動させ、
圧縮行程及び排気行程で前記揺動端側へ向かうように、前記揺動端を移動させることを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 2.
The guide member has an elongated hole extending from the swinging shaft side toward the swinging end side, and the rotation axis of the bridge member is connected so as to be slidable along the elongated hole.
The rotation axis of the bridge member is
Located in the center of the elongated hole with reference to the top dead center of the piston,
The swing end is moved so as to move toward the swing shaft side in the intake stroke and the expansion stroke.
An internal combustion engine characterized in that the swinging end is moved so as to move toward the swinging end side in a compression stroke and an exhaust stroke. シリンダと、
前記シリンダ内を摺動自在なピストンと、
一端が前記ピストンに揺動自在に連結される第１コネクティングロッドと、
クランク軸と、
前記クランク軸を回転自在に支持するクランクケースと、
クランク軸に連結されるとともに第１コネクティングロッドの他端に連結されるブリッジ部材と、
第１コネクティングロッドの連結位置からずれた位置で前記ブリッジ部材に一端が摺動自在に連結され、且つ揺動自在な案内部材と、
クランク軸に対して１／２の回転速度に減速されて回転するサブクランク軸と、
前記サブクランク軸と、前記案内部材の揺動端と、を連結する第２コネクティングロッドと、
を備えることを特徴とする内燃機関。 Cylinder and
With a piston that can slide in the cylinder,
A first connecting rod whose one end is swingably connected to the piston,
Crankshaft and
A crankcase that rotatably supports the crankshaft and
A bridge member that is connected to the crankshaft and to the other end of the first connecting rod,
A guide member having one end slidably connected to the bridge member at a position deviated from the connecting position of the first connecting rod and swingable.
A sub-crankshaft that is decelerated to half the rotation speed of the crankshaft and rotates,
A second connecting rod that connects the sub-crankshaft and the swinging end of the guide member.
An internal combustion engine characterized by being equipped with. 請求項４に記載の内燃機関であって、
前記シリンダの中心軸線から外れた一方側に前記クランク軸と前記案内部材とが順に配置されていることを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 4.
An internal combustion engine, characterized in that the crankshaft and the guide member are sequentially arranged on one side of the cylinder that is deviated from the central axis. 請求項５に記載の内燃機関であって、
前記サブクランク軸は、前記クランク軸の下方に配置されていることを特徴とする内燃機関。 The internal combustion engine according to claim 5.
An internal combustion engine characterized in that the sub-crankshaft is arranged below the crankshaft.
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