JP2571707Y2 - 4-stroke piston engine with explosion and exhaust strokes longer than suction and compression strokes - Google Patents

4-stroke piston engine with explosion and exhaust strokes longer than suction and compression strokes

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JP2571707Y2
JP2571707Y2 JP4437992U JP4437992U JP2571707Y2 JP 2571707 Y2 JP2571707 Y2 JP 2571707Y2 JP 4437992 U JP4437992 U JP 4437992U JP 4437992 U JP4437992 U JP 4437992U JP 2571707 Y2 JP2571707 Y2 JP 2571707Y2
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本考案は、行程を改良した4サイ
クルのピストン機関に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a four-stroke piston engine with improved stroke.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、4サイクルのピストン機関では、
吸入ー圧縮−爆発ー排気の各行程を行なう間に、ピスト
ンは上死点と下死点との間を2往復し、クランク軸は2
回転するが、その間にピストンが外部にする仕事は、爆
発行程時のみである。しかしながら、従来の機関は、ピ
ストンの行程は吸気・圧縮を行なう往復行程と爆発・排
気を行なう往復行程とは同じ行程長であるから、ピスト
ンは2往復の内、1/4行程しか有効に仕事をせず、ロ
スが大きく効率が低い。
2. Description of the Related Art Conventionally, in a 4-cycle piston engine,
During each of the suction-compression-explosion-exhaust strokes, the piston makes two reciprocations between top dead center and bottom dead center, and the crankshaft moves two
The only thing that the piston does during the rotation is the explosion stroke. However, in the conventional engine, the piston stroke has the same stroke length as the reciprocating stroke for intake / compression and the reciprocating stroke for explosion / exhaust. Therefore, the piston can effectively work only 1/4 stroke out of two reciprocations. , Loss is large and efficiency is low.

【0003】[0003]

【考案が解決しようとする課題】本考案は、前記実情に
鑑み創案されたものであって、爆発行程及び排気行程を
吸入行程及び圧縮行程より長くすることによって従来の
4サイクル機関が有する前記欠点を解消することができ
る4サイクル機関を提供することを目的とするものであ
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and has been made in view of the above-mentioned problems. It is an object of the present invention to provide a four-cycle engine capable of solving the problem.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】本考案の4サイクルピス
トン機関は、ピストンロッド基端を、固定された太陽歯
車、該太陽歯車の周囲を回転しながら遊星歯車、及び該
遊星歯車と噛み合う内歯歯車からなる遊星歯車機構の前
記遊星歯車に固定されたリンクに枢着し、ピストンの直
線往復運動を前記遊星歯車機構によって内歯歯車の回転
運動に変換するようにして、爆発・排気行程を吸入・圧
縮行程より長くしたことを特徴とする構成によって、上
記問題点を解決した。
In the four-stroke piston engine of the present invention, a base end of a piston rod is fixed to a fixed sun gear, a planetary gear rotating around the sun gear, and an internal gear meshing with the planetary gear. The planetary gear mechanism consisting of gears is pivotally attached to a link fixed to the planetary gear, and the linear reciprocating motion of the piston is converted into the rotational motion of the internal gear by the planetary gear mechanism, thereby sucking the explosion and exhaust strokes -The above problem was solved by a configuration characterized by making the length longer than the compression stroke.

【0005】[0005]

【作用】遊星歯車機構の太陽歯車を固定し、該太陽歯車
の周囲を遊星歯車が回転すると遊星歯車に固定された一
点が遊星歯車のピッチ円の外部にある場合、その点が描
く軌跡はカーテイト・トロコイドとなり、ピッチ円上に
あるとサイクロイドとなる。従って、遊星歯車の固定さ
れた一点にピストンロッドの基端を枢着すると、その基
端も前記と同様な軌跡を描くので、それに伴ってピスト
ンの直線往復運動のストロークが規制されることにな
る。今、図4に示すように、太陽歯車、遊星歯車の歯数
及びピッチ径を等しくし、内歯歯車の歯数及びピッチ径
をそれぞれ2倍に設定すれば、遊星歯車が1公転する間
に、遊星歯車は2回転し、内歯歯車は1.5回転する。
遊星歯車に固定された外側の点P(遊星歯車の中心から
距離sとする)を遊星歯車が太陽歯車とちょうど上方で
噛み合ってその中心を結ぶ線上にとるとその軌跡は、図
4(イ)(ロ)に示すようなカーテイト・トロコイド曲
線mとなる。従って、該P点にピストンロッド基端を枢
着するとピストンは、図において点Pが、a点にあると
き上死点eにあり、該位置から遊星歯車の回転に伴って
次第に下降し、b点で第1下死点fに達し、さらにそこ
から上昇して再び前記a点と同じ高さのc点に達して上
死点eとなり、そこから下降してd点に達するとピスト
ンは最下降位置の第2下死点gに達し、そしてそこから
上昇して前記a点に達して上死点eとなり、その間ピス
トンは2往復する。それ故、a−b(e−f)間を吸入
行程、b−c(f−e)間を圧縮行程、c−d(e−
g)間を爆発行程、d−a(g−e)間を排気行程とす
れば、爆発行程び排気行程を吸入行程及び圧縮行程より
も2D(Dは太陽歯車及び遊星歯車のピッチ径)だけ長
くすることができる。即ち、外部に仕事をする爆発行程
のストロークを、吸入行程及び圧縮行程より長くするこ
とができ、効率の良い4サイクルエンジンが得られる。
The sun gear of the planetary gear mechanism is fixed, and when the planetary gear rotates around the sun gear, if a point fixed to the planetary gear is outside the pitch circle of the planetary gear, the locus drawn by that point is a Cartesian・ It becomes a trochoid and becomes a cycloid if it is on the pitch circle. Therefore, when the base end of the piston rod is pivotally connected to a fixed point of the planetary gear, the base end also traces the same trajectory as described above, and accordingly, the stroke of the linear reciprocating motion of the piston is regulated. . Now, as shown in FIG. 4, if the number of teeth and the pitch diameter of the sun gear and the planetary gear are made equal and the number of teeth and the pitch diameter of the internal gear are set to double, respectively, while the planetary gear makes one revolution, , The planetary gear rotates twice and the internal gear rotates 1.5 times.
When the outer point P (distance s from the center of the planetary gear) fixed to the planetary gear is taken on a line connecting the center of the planetary gear just above the sun gear and meshing with the sun gear, the locus is shown in FIG. A curate trochoid curve m as shown in (b) is obtained. Therefore, when the piston rod proximal end is pivotally connected to the point P, the piston is at the top dead center e when the point P is at the point a in the figure, and gradually descends from this position with the rotation of the planetary gear, and b At the point, the piston reaches the first bottom dead center f, further rises there, reaches the point c at the same height as the point a again, reaches the top dead center e, and descends therefrom to reach the point d. The piston reaches the second bottom dead center g in the descending position and rises from there to reach the point a to become the top dead center e, during which the piston makes two reciprocations. Therefore, the suction stroke between a and b (ef), the compression stroke between b and c (fe), and cd (e-
g) is an explosion stroke, and d-a (ge) is an exhaust stroke, the explosion stroke and the exhaust stroke are 2D (D is the pitch diameter of the sun gear and the planetary gear) more than the suction stroke and the compression stroke. Can be longer. That is, the stroke of the explosion stroke for working outside can be made longer than the suction stroke and the compression stroke, and an efficient four-cycle engine can be obtained.

【0006】図4(ロ)に示すように前記点Pの遊星歯
車の中心点からの距離を調節するこによってピストンの
ストロークを調節することができ、また遊星歯車及び太
陽歯車のピッチ径を変えることによって爆発行程及び排
気行程と吸入行程及び圧縮行程との差を調節することが
できる。内歯歯車の回転は、該歯車と噛み合い伝動する
出力軸の回転として取り出され、両者の歯数比を変える
ことによって、出力軸の回転数を制御することができ
る。
As shown in FIG. 4B, the stroke of the piston can be adjusted by adjusting the distance of the point P from the center point of the planetary gear, and the pitch diameter of the planetary gear and the sun gear can be changed. Thereby, the difference between the explosion stroke and the exhaust stroke and the suction stroke and the compression stroke can be adjusted. The rotation of the internal gear is taken out as the rotation of the output shaft that meshes with and transmits to the gear, and the rotation speed of the output shaft can be controlled by changing the ratio of the numbers of both teeth.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本考案の実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。図2は本実施例のピストン機関の要部を示
し、図中、1が図示しないシリンダ内を往復動するピス
トンであり、そのピストンピン2に枢着されたピストン
ロッド3の基部は、遊星歯車機構からなる回転運動変換
装置5に連結されている。回転運動変換装置5は、外周
面及び内周面に外歯6及び内歯7が形成されたリング歯
車8と、その中心部に固定された太陽歯車9と、該太陽
歯車9と前記内歯7と噛み合う遊星歯車10とがそれぞ
れ一対づつ設けられてなる一対の遊星歯車機構を有し、
該遊星歯車機構の外歯6に出力歯車15を噛み合わせて
構成されている。前記太陽歯車9と遊星歯車10の歯数
及びピッチ径は同じであり、リング歯車8の内歯7はそ
の2倍の歯数及びピッチ径を有している。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. FIG. 2 shows a main part of the piston engine of the present embodiment. In the drawing, reference numeral 1 denotes a piston which reciprocates in a cylinder (not shown), and a base of a piston rod 3 pivotally mounted on a piston pin 2 has a planetary gear. It is connected to a rotary motion converter 5 composed of a mechanism. The rotary motion converting device 5 includes a ring gear 8 having outer teeth 6 and inner teeth 7 formed on an outer peripheral surface and an inner peripheral surface, a sun gear 9 fixed to a center portion thereof, the sun gear 9 and the inner teeth. 7 and a pair of planetary gears 10 meshing with each other are provided.
The output gear 15 is configured to mesh with the external teeth 6 of the planetary gear mechanism. The number of teeth and the pitch diameter of the sun gear 9 and the planetary gear 10 are the same, and the internal teeth 7 of the ring gear 8 have twice the number of teeth and the pitch diameter.

【0008】前記遊星歯車10には、従来のピストンク
ランク機構のクランクアームに相当するリンク11が図
示のように固定されており、該リンク間に設けられたピ
ン12に前記ピストンロッド3の基端部が枢着されてい
る。本実施例では、リンク11に設けられたピン12の
軸心と遊星歯車10の軸心との距離が0.75D(Dは
遊星歯車のピッチ径)に設定した場合を示している。
A link 11 corresponding to a crank arm of a conventional piston crank mechanism is fixed to the planetary gear 10 as shown in the figure, and a pin 12 provided between the links is connected to a base end of the piston rod 3. The part is pivoted. This embodiment shows a case where the distance between the axis of the pin 12 provided on the link 11 and the axis of the planetary gear 10 is set to 0.75D (D is the pitch diameter of the planetary gear).

【0009】以上のように構成されたピストン機関の4
サイクル行程を図1により説明する。まず、同図(イ)
に示すようにピストン1が上死点eにある場合、この状
態では爆発の慣性によりリング歯車8は回転している状
態であるから、リング歯車8の回転により遊星歯車10
も太陽歯車9の廻りを図において時計方向に回転し、そ
れに伴ってリンク11も一体に回転し、それに伴ってピ
ストン1も下降し、遊星歯車10が丁度ピストン軸線上
と位置する点に達すると、リンク11先端が丁度ピスト
ン軸方向の下端に達して同図(ロ)の状態となり、ピス
トン1は第1下死点fに達し、吸入工程を終了する。こ
の状態から遊星歯車10がさらに回転するとリンク11
は次第に立上り、それに伴ってピストン1は上昇を開始
し圧縮行程が始まる。遊星歯車10が上死点から90°
回転しない間にピストン1は上死点eに達し、その後上
死点を僅かに過ぎてから爆発行程に入る。爆発によりピ
ストン1が押し下げられると、それに伴って遊星歯車1
0も回転し、最下点である第2下死点gに達する。その
ときのリンク11のピン12の位置も最下点になる。従
って、爆発行程のストロークは、前記吸入行程よりも2
Dだけ長くなる。そして、遊星歯車10がさらに回転す
ることによって排気行程が始まり、前記(イ)の状態に
達して排気行程を終了する。以下、このような繰返しが
行われる。
The piston engine 4 constructed as described above
The cycle process will be described with reference to FIG. First, the figure (a)
When the piston 1 is at the top dead center e, the ring gear 8 is rotating due to the inertia of the explosion in this state.
When the sun gear 9 rotates clockwise in the figure, the link 11 also rotates together with it, and the piston 1 also descends with it, and when the planetary gear 10 reaches a point located exactly on the piston axis. Then, the tip of the link 11 has just reached the lower end in the axial direction of the piston, and the state shown in FIG. 2B is reached, the piston 1 reaches the first bottom dead center f, and the suction process ends. When the planetary gear 10 further rotates from this state, the link 11
Gradually rises, and accordingly, the piston 1 starts rising and the compression stroke starts. Planet gear 10 is 90 ° from top dead center
While not rotating, the piston 1 reaches the top dead center e, and then enters the explosion stroke slightly after the top dead center. When the piston 1 is pushed down by the explosion, the planetary gear 1
0 also rotates, and reaches the second bottom dead center g, which is the lowest point. The position of the pin 12 of the link 11 at that time is also the lowest point. Therefore, the stroke of the explosion stroke is two times greater than that of the suction stroke.
It becomes longer by D. Then, when the planetary gear 10 is further rotated, the exhaust stroke starts, and the state of (a) is reached and the exhaust stroke ends. Hereinafter, such repetition is performed.

【0010】なお、図4(ロ)は、前記実施例において
リンク11のピンと遊星歯車軸心との距離sを1.5D
に長くした場合の実施例を示し、この実施例ではその分
各行程が長くなっている。このように距離sを調整する
ことによって行程長を任意に調整することができ、太陽
歯車及び遊星歯車のピッチ径を変更することによって、
爆発及び排気行程と吸入及び圧縮行程との行程長の差を
調節することができる。
FIG. 4B shows that the distance s between the pin of the link 11 and the center of the planetary gear in the above embodiment is 1.5D.
In this embodiment, each stroke is longer. By adjusting the distance s in this manner, the stroke length can be arbitrarily adjusted, and by changing the pitch diameter of the sun gear and the planetary gear,
The difference in stroke length between the explosion and exhaust strokes and the suction and compression strokes can be adjusted.

【0011】[0011]

【考案の効果】本考案は、以上のような構成からなり、
4サイクルのピストン機関において、爆発行程及び排気
行程を吸入行程及び圧縮行程よりも長くすることができ
るから、外部に仕事をする行程は長く、仕事をせずにエ
ネルギーを消費する行程は短くなるので、その分エネル
ギー効率が良くなる。また、ピストンの往復直線運動が
遊星歯車機構により直接回転運動に変換され、且つ出力
軸との歯数比を変えることによって直接出力軸の回転数
に変えることができ、効率が良い。
[Effects of the Invention] The present invention has the above configuration,
In a four-stroke piston engine, the explosion stroke and the exhaust stroke can be made longer than the suction stroke and the compression stroke. Therefore, the stroke of working outside is long, and the stroke of consuming energy without working becomes short. Energy efficiency is improved accordingly. Further, the reciprocating linear motion of the piston is directly converted into rotary motion by the planetary gear mechanism, and can be directly changed to the rotation speed of the output shaft by changing the ratio of the number of teeth to the output shaft, which is efficient.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本考案の実施例に係るピストン機関の行程説明
図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a stroke of a piston engine according to an embodiment of the present invention.

【図2】本考案の実施例に係るピストン機関の概略斜視
図である。
FIG. 2 is a schematic perspective view of the piston engine according to the embodiment of the present invention.

【図3】(イ)は第2下死点にある状態でのピストン機
関の一部断面正面図、(ロ)は第1下死点にある状態で
の一部断面正面図である。
3A is a partial cross-sectional front view of the piston engine in a state at a second bottom dead center, and FIG. 3B is a partial cross-sectional front view in a state at a first bottom dead center.

【図4】その作動説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the operation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ピストン 2 ピストンピ
ン 3 ピストンロッド 5 回転運動変
換装置 8 リング歯車 9 太陽歯車 10 遊星歯車 11 リンク 12 ピン 15 出力歯車
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piston 2 Piston pin 3 Piston rod 5 Rotational motion conversion device 8 Ring gear 9 Sun gear 10 Planetary gear 11 Link 12 Pin 15 Output gear

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】(57) [Scope of request for utility model registration] 【請求項1】 4サイクルのピストン機関において、ピ
ストンロッド基端を、固定された太陽歯車、該太陽歯車
の周囲を回転する遊星歯車、及び該遊星歯車と噛み合う
内歯歯車からなる遊星歯車機構の前記遊星歯車に固定さ
れたリンクに枢着し、ピストンの直線往復運動を前記遊
星歯車機構によって内歯歯車の回転運動に変換するよう
にして、爆発・排気行程を吸入・圧縮行程より長くした
ことを特徴とする4サイクルのピストン機関。
In a four-cycle piston engine, a piston rod proximal end is provided with a fixed sun gear, a planetary gear rotating around the sun gear, and an internal gear engaged with the planetary gear. The explosion / exhaust stroke is made longer than the suction / compression stroke by pivotally connecting to a link fixed to the planetary gear and converting the linear reciprocating motion of the piston into the rotational motion of the internal gear by the planetary gear mechanism. A four-cycle piston engine characterized by:
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