JP3676488B2 - Offset piston engine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダの軸線をクランクシャフトの軸線の側方にオフセットしたオフセットピストンエンジンに関する。
【0002】
【従来の技術】
排気行程→吸気行程→圧縮行程→膨張行程を繰り返すエンジンは、吸気バルブ及び排気バルブが共に閉弁する圧縮行程及び膨張行程においてコネクティングロッドに加わる圧縮力が大きくなる。このとき、コネクティングロッドがシリンダ軸線と平行であれば、ピストン側壁をシリンダ側壁に圧接するスラスト力が発生することはないが、コネクティングロッドがシリンダ軸線に対して傾斜していると、その傾斜角度が増加するほど前記圧縮力の横方向分力であるスラスト力が増加し、ピストン側壁がシリンダ側壁に強く圧接されて摺動抵抗が増加する問題がある。
【0003】
そこで、コネクティングロッドに最大の圧縮力が加わる膨張行程において、コネクティングロッドがシリンダ軸線に対して成す角度が可及的に小さくなるように、シリンダ軸線をクランクシャフト軸線に対してクランクシャフト回転方向進み側にオフセットしたものが、特開昭56−98531号公報に開示されている。これによれば、膨張行程において燃焼ガスの圧力でピストンが下降するとき、前記オフセットによってコネクティングロッドがシリンダ軸線に対して略平行になるため、コネクティングロッドの圧縮力の横方向の成分であるスラスト力が減少してピストン及びシリンダ間の摺動抵抗を低減することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述したようにシリンダ軸線をクランクシャフト軸線に対してクランクシャフト回転方向進み側にオフセットすると、膨張行程に次いでコネクティングロッドの圧縮力が大きい圧縮行程において、コネクティングロッドの傾斜角が前記オフセットにより一層増加して逆にスラスト力が増加してしまい、膨張行程におけるスラスト力の減少が圧縮行程におけるスラスト力に増加により相殺されてしまう問題ある。
【0005】
そこで、上記公報に記載されたものは、ピストンストロークに対する前記オフセット量を所定の値に設定することにより、ピストン及びシリンダ間の摺動抵抗の低減を図っているが、その設定だけに頼って摺動抵抗を充分に低減することは極めて困難である。
【0006】
本発明は前述の事情に鑑みてなされたものであって、シリンダ軸線をクランクシャフト軸線に対してオフセットしたオフセットピストンエンジンにおいて、ピストン及びシリンダ間の摺動抵抗の一層の低減を図ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項に記載された発明は、クランクシャフトと、クランクシャフトの軸線に対してクランクシャフト回転方向進み側にオフセットした軸線を有する第1シリンダと、クランクシャフトの軸線に対してクランクシャフト回転方向遅れ側にオフセットした軸線を有する第2シリンダと、第1シリンダに摺動自在に嵌合する第1ピストンと、第2シリンダに摺動自在に嵌合する第2ピストンと、第1ピストンをクランクシャフトに接続する第1コネクティングロッドと、第2ピストンをクランクシャフトに接続する第2コネクティングロッドとを備えたオフセットピストンエンジンにおいて、第1ピストンを第1コネクティングロッドのスモールエンドに枢支する第1ピストンピンを、第1ピストンの中心に対して前記クランクシャフト回転方向進み側にオフセットするとともに、第2ピストンを第2コネクティングロッドのスモールエンドに枢支する第2ピストンピンを、第2ピストンの中心に対して前記クランクシャフト回転方向遅れ側にオフセットし、第1シリンダの吸気バルブの閉弁時期を第2シリンダの吸気バルブの閉弁時期よりも遅らせると共に、第1シリンダの排気バルブの開弁時期を第2シリンダの排気バルブの開弁時期よりも遅らせたことを特徴とする。
【0010】
また請求項に記載された発明は、請求項の構成に加えて、第1シリンダの吸気バルブのバルブリフトを第2シリンダの吸気バルブのバルブリフトよりも小さく設定すると共に、第1シリンダの排気バルブのバルブリフトを第2シリンダの排気バルブのバルブリフトよりも大きく設定したことを特徴とし、また請求項3に記載された発明は、請求項1又は2の構成に加えて、同一のシリンダブロックに、各々複数の第1及び第2シリンダがシリンダヘッドから見て千鳥状に並列配置されることを特徴とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。
【0012】
図1〜図21は本発明の第1実施例を示すもので、図1はエンジンの正面図(図2の1方向矢視図)、図2は図1の2−2線断面図、図3は図2の3−3線断面図、図4は図3の4−4線断面図、図5は図1の5−5線断面図、図6は図5の6−6線断面図、図7は図2の7−7線断面図、図8は図2の8−8線拡大断面図、図9は図8の9−9線断面図、図10は図8の10−10線断面図、図11は図8の11−11線断面図、図12はシリンダブロックの斜視図、図13はブリーザチャンバの変形例を示す図、図14は第1シリンダの作用説明図、図15は第2シリンダの作用説明図、図16はピストンのスラスト力を示すグラフ、図17はエンジンの各行程のクランク角を説明する図、図18は各シリンダに対応するクランクピンの位相を示す図、図19はバルブタイミングを示すグラフ、図20はバルブリフトのタイムエリア算出手法の説明図、図21はバルブリフトとバルブ有効開口面積との関係を示す図である。
【0013】
図1〜図4に示すように、4気筒エンジンEはクランクシャフト1を回転自在に支持するシリンダブロック2と、シリンダブロック2の上面に結合されたシリンダヘッド3と、シリンダヘッド3の上面に結合されたヘッドカバー4と、シリンダブロック2の下面に結合されたオイルパン5とを備える。車体左右方向に延びるクランクシャフト軸線Lsを有するクランクシャフト1は、図2及び図4に矢印Aで示す方向に回転する。
【0014】
シリンダブロック2には相互に平行な軸線を有する#1〜#4シリンダが形成されており、そのうち#1シリンダ及び#3シリンダは第1シリンダ61 ,61 を構成し、残りの#2シリンダ及び#4シリンダは第2シリンダ62 ,62 を構成する。第1シリンダ61 ,61 (#1シリンダ及び#3シリンダ)は各々第1シリンダ軸線Lc1 を有しており、その第1シリンダ軸線Lc1 はクランクシャフト軸線Lsに対してクランクシャフト1の回転方向進み側、即ち車体前方に距離Dだけオフセットしており、また第2シリンダ62 ,62 (#2シリンダ及び#4シリンダ)は各々第2シリンダ軸線Lc2 を有しており、その第2シリンダ軸線Lc2 はクランクシャフト軸線Lsに対してクランクシャフト1の回転方向遅れ側に距離Dだけオフセットしている(図4参照)。
【0015】
これにより、4個のシリンダ61 ,61 ;62 ,62 は平面視で千鳥状に配置されることになり(図3参照)、エンジンEのクランクシャフト軸線Ls方向の寸法を直列配置のものに比べて短縮することができ、且つエンジンEのクランクシャフト軸線Lsに直交する方向の寸法をV型配置のものに比べて短縮することができる。
【0016】
各第1シリンダ61 に摺動自在に嵌合する第1ピストン71 は、第1コネクティングロッド81 を介してクランクシャフト1に連接され、各第2シリンダ62 に摺動自在に嵌合する第2ピストン72 は、第2コネクティングロッド82 を介してクランクシャフト1に連接される。第1ピストン71 を第1コネクティングロッド81 のスモールエンドに枢支する第1ピストンピン91 は、第1シリンダ軸線Lc1 に対してクランクシャフト1の回転方向進み側に距離dだけオフセットするとともに、第2ピストン72 を第2コネクティングロッド82 のスモールエンドに枢支する第2ピストンピン92 は、第2シリンダ軸線Lc2 に対してクランクシャフト1の回転方向遅れ側に距離dだけオフセットしている(図4参照)。
【0017】
図3、図5及び図6に示すように、クランクシャフト1の外端(図3中右端)に設けたフライホイール11の内側(図3中左側)に動弁装置のドライブスプロケット12が一体に設けられており、このドライブスプロケット12はヘッドカバー4に支持したカムシャフト13の外端(図3中右端)に設けたドリブンスプロケット14にカムチェーン15を介して接続される。カムチェーン15を収納すべくシリンダブロック2及びシリンダヘッド3の端部に形成されたカムチェーン室16の内部には、カムチェーン15の張り側を案内するアイドルスプロケット17と上下2個のチェーンガイド18,19とが配置されるとともに、カムチェーン15の弛み側に当接して所定の張力を付与するチェーンテンショナー20が配置される。
【0018】
図3に最も良く示されるように、カムチェーン15を収納するカムチェーン室16はクランクシャフト軸線Lsに対して車体前方側にオフセットしている。これは、カムチェーン室16が、クランクシャフト軸線Lsに対して車体後方にオフセットした第2シリンダ62 (#4シリンダ)と車体前方にオフセットした第1シリンダ61 (#3シリンダ)との間の空間を利用して形成されているためである。そしてカムチェーン15の下部、つまりクランクシャフト1に設けたドライブスプロケット12の近傍において、カムチェーン15の内端(図3中左端)は#4シリンダの外周を囲繞するウオータジャケット21の外端(図3中右端)よりも内側(図3中左側)に距離Pだけ入り込んでいる。
【0019】
このように、千鳥状に配置した4個のシリンダ61 ,61 ;62 ,62 の端部にクランクシャフト軸線Lsから一方に偏倚するように形成されたデッドスペースを利用してカムチェーン15を配置し、更にカムチェーン15の下部内端を#4シリンダのウオータジャケット10の外端よりも内側に入り込ませたことにより、該カムチェーン15及びフライホイール11を可及的にクランクシャフト1の内側寄りに配置し、エンジンEのクランクシャフト軸線Ls方向寸法を短縮することができる。しかも上記レイアウトによりドライブスプロケット12とドリブンスプロケット14とを1本のカムチェーン15で接続することができるので、カムチェーンやそれに付随するスプロケットの数や重量を削減することができる。
【0020】
図1、図2及び図7に示すように、#1シリンダ〜#4シリンダは、各2個の吸気バルブ21,21と、各2個の排気バルブ22,22とを備える。シリンダヘッド3の後面に結合された吸気マニホールド23は、それぞれ二股状に形成された4個の吸気ポート24…を介して#1シリンダ〜#4シリンダの吸気バルブ21…,21…に接続される。各吸気ポート24の先端には吸気バルブ21,21を指向するように燃料噴射弁25が設けられる。シリンダヘッド3の前面には排気マニホールド26が結合されており、この排気マニホールド26の先端集合部に排気管27が結合される。四股に分岐した排気マニホールド26の基端と#1シリンダ〜#4シリンダの排気バルブ22…,22…とを接続すべく、シリンダヘッド3にそれぞれ二股状に形成された4個の排気ポート28…が形成される。#4シリンダの排気ポート28にEGR通路30が接続される。
【0021】
図7から明らかなように、シリンダヘッド3は11本のヘッドボルト29a〜29kによってシリンダブロック2に結合される。そのうち5本のヘッドボルト29a,29b,29c,29d,29eは4個の吸気ポート24…の左右両側を挟むように配置され、また他の4本のヘッドボルト29f,29g,29h,29iは4個の排気ポート28…の分岐部間に配置される。そして残りの2本のヘッドボルト29j,29kはシリンダヘッド3の右端側及び左端側に配置される。
【0022】
このように、二股の排気ポート28…の分岐部間にヘッドボルト29f,29g,29h,29iを配置したことにより、#1シリンダ〜#4シリンダの外周をそれぞれ3本のヘッドボルトで締めつけて、つまり#4シリンダの外周をヘッドボルト29a,29b,29fで、#3シリンダの外周をヘッドボルト29b,29c,29gで、#2シリンダの外周をヘッドボルト29c,29d,29hで、#1シリンダの外周をヘッドボルト29d,29e,29iで締めつけて均等な締結力を得ることができる。特に、実施例の如く#1シリンダ〜#4シリンダを千鳥状に配置したエンジンEでは、各シリンダ間の空間が狭いためにヘッドボルトを配置するスペースが不足するが、排気ポート28…の分岐部間のスペースを利用することで前記問題が解決される。
【0023】
尚、吸気ポート24…の分岐部間のスペースをヘッドボルトの配置に利用することも可能であるが、このようにするとヘッドボルトにより吸気ポート24…の形状が制約を受けるため、燃料噴射弁25…から噴射された燃料の霧化特性に影響が及ばないように考慮する必要がある。
【0024】
図8〜図10に示すように、第1シリンダ61 (#1シリンダ)の上部には前記カムシャフト13と第1ロッカシャフト311 とが平行に架設される。図8において、第1ロッカシャフト311 は中心線のみを鎖線で示してある。第1ロッカシャフト311 には第1スイングアーム321 が揺動自在に枢支されており、第1スイングアーム321 の中間部に設けたローラ33がカムシャフト13に設けた吸気カム34に当接するとともに、第1スイングアーム321 の二股に分岐した先端部が、バルブスプリング35,35で閉弁方向に付勢された一対の吸気バルブ21,21のステム36,36に当接する。
【0025】
また第1ロッカシャフト311 に、前記第1スイングアーム321 を挟むように一対の第1ロッカアーム371 ,371 の中間部が揺動自在に枢支される。各第1ロッカアーム371 の一端に設けたローラ38がカムシャフト13に設けた排気カム39に当接するとともに、各第1ロッカアーム371 の他端がバルブスプリング40で閉弁方向に付勢された各排気バルブ22のステム41に当接する。一対の第1ロッカアーム371 ,371 間に配置されたガイド筒42の底部に第1シリンダ61 の燃焼室に臨む点火プラグ43が装着される。
【0026】
以上、#1シリンダに相当する第1シリンダ61 の動弁装置の構造を説明したが、#3シリンダに相当する第1シリンダ61 の動弁装置の構造も実質的に同一である。
【0027】
図8及び図11に示すように、第2シリンダ62 (#2シリンダ)の上部には前記カムシャフト13と第2ロッカシャフト312 とが平行に架設される。図8において、第2ロッカシャフト312 は中心線のみを鎖線で示してある。第2ロッカシャフト312 には第2スイングアーム322 が揺動自在に枢支されており、第2スイングアーム322 の中間部に設けたローラ33がカムシャフト13に設けた排気カム39に当接するとともに、第2スイングアーム322 の二股に分岐した先端部が、バルブスプリング40,40で閉弁方向に付勢された一対の排気バルブ22,22のステム41,41に当接する。
【0028】
また第2ロッカシャフト312 に、前記第2スイングアーム322 を挟むように一対の第2ロッカアーム372 ,372 の中間部が揺動自在に枢支される。各第2ロッカアーム372 の一端に設けたローラ38がカムシャフト13に設けた吸気カム34に当接するとともに、各第2ロッカアーム372 の他端がバルブスプリング35で閉弁方向に付勢された各吸気バルブ21のステム36に当接する。一対の第2ロッカアーム372 ,372 間に配置されたガイド筒42の底部に第2シリンダ62 の燃焼室に臨む点火プラグ43が装着される。
【0029】
以上、#2シリンダに相当する第2シリンダ62 の動弁装置の構造を説明したが、#4シリンダに相当する第2シリンダ62 の動弁装置の構造も実質的に同一である。
【0030】
図8、図9及び図11を比較すると明らかなように、第1シリンダ61 の動弁装置と第2シリンダ62 の動弁装置とは、カムシャフト13を中心にして吸気バルブ21,21の傾斜角と排気バルブ22,22の傾斜角とが同一であり、且つ前後対称な構造を有している。即ち、第1シリンダ61 の第1ロッカシャフト311 、第1スイングアーム321 、ローラ33、第1ロッカアーム371 ,371 及びローラ38,38は、それぞれ第2シリンダ62 の第2ロッカシャフト312 、第2スイングアーム322 、ローラ33、第2ロッカアーム372 ,372 及びローラ38,38と同一部材であって互換可能である。その相違点は、第1シリンダ61 は第1スイングアーム321 で吸気バルブ21,21を駆動し、第1ロッカアーム371 ,371 で排気バルブ22,22を駆動するのに対し、第2シリンダ62 は第2スイングアーム322 で排気バルブ22,22を駆動し、第2ロッカアーム372 ,372 で吸気バルブ21,21を駆動する点である。
【0031】
上述したように、第1シリンダ61 の動弁装置と第2シリンダ62 の動弁装置とが、同一のバルブ傾斜角を有し且つ前後対称構造を有することにより、第1シリンダ61 及び第2シリンダ62 の吸排気特性のばらつきを防止して各シリンダに均一な燃焼を行わせることが可能となるばかりか、部品の種類を大幅に削減してコストダウンに寄与することができる。
【0032】
図3及び図12に示すように、シリンダブロック2の車体後方側の側壁の左右方向中間部、即ち#2シリンダ、#3シリンダ及び#4シリンダに3方を囲まれた凹部に、外壁44と、上端に連通孔45を有して上下方向に延びる隔壁46とによって区画された一対のブリーザチャンバ47,48が、シリンダブロック2のデッキ面に開口するように形成される。一方のブリーザチャンバ47は入口開口49を介してクランク室に連通するとともに前記連通孔45を介して他方のブリーザチャンバ48に連通し、この他方のブリーザチャンバ48は出口開口50及び図示せぬチューブを介してエンジンEの吸気系に接続される。尚、ブリーザチャンバ47,48の上面開口部は、シリンダブロック2に結合されるシリンダヘッド3の下面によって閉塞される。
【0033】
而して、#2シリンダ、#3シリンダ及び#4シリンダに3方を囲まれた凹部にブリーザチャンバ47,48を形成したことにより、その外壁44及び隔壁46を補強リブとして機能させ、シリンダブロック2の剛性向上に寄与することができる。これにより、シリンダブロック2の前後幅を拡大することなく剛性を高めることができ、しかもブリーザチャンバ47,48により透過音が減少するため、単なる補強リブを設ける場合に比べてエンジンEの騒音を低減することができる。
【0034】
図13はブリーザチャンバ47,48の変形例を示すもので、シリンダブロック2に形成した#2シリンダ、#3シリンダ及び#4シリンダに3方を囲まれた凹部に、外壁44a〜44dと、外端に連通孔45を有して水平方向に延びる隔壁46とによって区画された一対のブリーザチャンバ47,48が、シリンダブロック2の側面に開口するように形成される。下側のブリーザチャンバ47は入口開口49を介してクランク室に連通するとともに前記連通孔45を介して上側のブリーザチャンバ48に連通する。ブリーザチャンバ47,48の開口部はガスケット51を介して結合されたカバー52により閉塞され、上側のブリーザチャンバ48はカバー52に形成した出口開口50及び図示せぬチューブを介してエンジンEの吸気系に接続される。
【0035】
この変形例によっても、図12に示す実施例と同様の作用効果を得ることができる。
【0036】
次に、前述の構成を備えた本発明の実施例の作用について説明する。
【0037】
図14はクランクシャフト1の回転方向進み側(クランクシャフト1よりも車体前方側)に位置する第1シリンダ61 の作用を説明するものである。膨張行程を示す(B)から明らかなように、第1シリンダ軸線Lc1 をクランクシャフト軸線Lsよりも距離Dだけクランクシャフト1の回転方向進み側にオフセットしたことにより、コネクティングロッドは第1シリンダ軸線Lc1 に対して略平行になっている。従って、コネクティングロッドに強い圧縮力が作用しても、第1シリンダ軸線Lc1 に対して直交する方向のスラスト力、つまりピストン側壁をシリンダ側壁に押し付けるスラスト力は極めて小さくなる。
【0038】
一方、圧縮行程を示す(A)から明らかなように、第1シリンダ軸線Lc1 をクランクシャフト軸線Lsよりも距離Dだけクランクシャフト1の回転方向進み側にオフセットしたことにより、コネクティングロッドは第1シリンダ軸線Lc1 に対して角度θだけ大きく傾斜し、その結果コネクティングロッドの圧縮力Fの分力であるスラスト力Fxは大きくなる。しかしながら、コネクティングロッドのスモールエンドをピストンに枢支するピストンピンを第1シリンダ軸線Lc1 に対してクランクシャフト1の回転方向進み側に距離dだけオフセットしたことにより、ピストンに矢印B方向のモーメントが作用して該ピストンのスカート部がシリンダ側壁に圧接される(a部参照)。
【0039】
而して、スラスト力Fxによってピストン側壁がシリンダ側壁に圧接されても、剛性の低いピストンのスカート部が前記モーメントBでシリンダ側壁に圧接されて変形するため、ピストン側壁に加わる荷重を分散することができる。特にピストンのスカート部は燃焼室から離れた位置にあって比較的に低温であり、且つ潤滑油の供給が充分であって摩擦熱の発生量も少ないため、ピストンとシリンダとの焼付を確実に防止して耐焼付性を向上させるとともに、摩擦力の減少による燃費の低減を図ることができる。
【0040】
図15はクランクシャフト1の回転方向遅れ側(クランクシャフト1よりも車体後方側)に位置する第2シリンダ62 の作用を説明するものである。圧縮行程を示す(A)から明らかなように、第2シリンダ軸線Lc2 をクランクシャフト軸線Lsよりも距離Dだけクランクシャフト1の回転方向遅れ側にオフセットしたことにより、コネクティングロッドは第2シリンダ軸線Lc2 に対して略平行になっている。従って、コネクティングロッドに強い圧縮力が作用しても、第2シリンダ軸線Lc2 に対して直交する方向のスラスト力、つまりピストン側壁をシリンダ側壁に押し付けるスラスト力は極めて小さくなる。
【0041】
一方、膨張行程を示す(B)から明らかなように、第2シリンダ軸線Lc2 をクランクシャフト軸線Lsよりも距離Dだけクランクシャフト1の回転方向遅れ側にオフセットしたことにより、コネクティングロッドは第2シリンダ軸線Lc2 に対して角度θだけ大きく傾斜し、その結果コネクティングロッドの圧縮力Fの分力であるスラスト力Fxは大きくなる。しかしながら、コネクティングロッドのスモールエンドをピストンに枢支するピストンピンを第2シリンダ軸線Lc2 に対してクランクシャフト1の回転方向遅れ側に距離dだけオフセットしたことにより、ピストンに矢印B方向のモーメントが作用して該ピストンのスカート部がシリンダ側壁に圧接される(b部参照)。
【0042】
而して、図14で説明した第1シリンダ61 の場合と同様に、剛性の低いピストンのスカート部の変形により、ピストンとシリンダとの焼付を確実に防止して耐焼付性を向上させるとともに、摩擦力の減少による燃費の低減を図ることができる。
【0043】
図16は、コネクティングロッドのスモールエンドをピストンに枢支するピストンピンの高さにおける前記スラスト力Fxが、クランクアングルに応じてどのように変化するかを示すものであり、(A)は第1シリンダ61 に、(B)は第2シリンダにそれぞれ対応している。同図から明らかなように、ピストンピンを距離dだけオフセットした本実施例のもの(実線図示)は、前記オフセットを施さない従来のもの(破線図示)に比べて、何れもスラスト力Fxが減少していることが分かる。これは、前記ピストンピンのオフセットに基づくモーメントBによりピストンが傾くため、スカート部がシリンダ側壁に圧接されてスラスト力を受け止め、スカート部よりも上方のピストンピンの高さにおけるスラスト力がその分だけ減少することによる。
【0044】
さて、第1シリンダ61 及び第2シリンダ62 をそれぞれクランクシャフト回転方向進み側及び遅れ側に距離Dだけオフセットしたことにより、第1シリンダ61 及び第2シリンダ62 の吸気・膨張行程のクランク角と圧縮・排気行程のクランク角とが不均一になる。これを図17に基づいて説明すると、各シリンダのオフセット量をDとし、クランク半径をrとし、コネクティングロッド長さをRとし、上死点におけるコネクティングロッドの傾斜角をαとし、下死点におけるコネクティングロッドの傾斜角をβとすると、
第1シリンダの吸気・膨張行程クランク角;180°−α+β>180°
第2シリンダの吸気・膨張行程クランク角;180°+α−β<180°
第1シリンダの圧縮・排気行程クランク角;180°+α−β<180°
第2シリンダの圧縮・排気行程クランク角;180°−α+β>180°
α= sinα-1{D/(R+r)}
β= sinα-1{D/(R−r)}
α<β
が成立する。
【0045】
従って、第1シリンダ61 及び第2シリンダ62 のバルブタイミングを同一に設定すると、各バルブの開閉時期におけるピストン位置が第1シリンダ61 及び第2シリンダ62 間で異なってしまい、そのために出力の不均衡が発生して全負荷性能も低下してしまう問題がある。そこで、本実施例では以下のような手段を講じている。
【0046】
#1シリンダ〜#4シリンダを等間隔爆発とするために、クランクシャフトにおける4個のクランクピンの位相を図18に示すように設定する。ここで、αは前述した上死点におけるコネクティングロッドの傾斜角αである。
【0047】
オフセットピストンエンジンでない通常エンジンにおける1mmバルブリフト時の吸気開弁時期を15°ATDCとし、吸気閉弁時期を25°ABDCとし、排気開弁時期を25°BBDCとし、排気閉弁時期を15°BTDCとした場合、これと同等の設定を本実施例のエンジンに適用するには以下のようなバルブタイミングを採用することが必要である。即ち、図19に示すように、第1シリンダ61 及び第2シリンダ62 の何れについても、吸気開弁時期(15°ATDC)及び排気閉弁時期(15°BTDC)は実質上特に変更する必要は生じないが、オフセットにより第1シリンダ61 は下死点が約5°ABDC側にずれるため、吸気閉弁時期を前記通常のエンジンの吸気閉弁時期(25°ABDC)よりも5°遅れた30°ABDCに設定し、排気開弁時期を前記通常のエンジンの排気開弁時期(25°BBDC)よりも5°遅れた20°BBDCに設定する必要がある。また、オフセットにより第2シリンダ62 は下死点が約5°BBDC側にずれるため、吸気閉弁時期を前記通常のエンジンの吸気閉弁時期(25°ABDC)よりも5°早まった20°ABDCに設定し、排気開弁時期を前記通常のエンジンの排気開弁時期(25°BBDC)よりも5°早まった30°BBDCに設定する必要がある。
【0048】
これに伴い第1シリンダ61 の排気開弁期間が5°だけ減少し、第2シリンダ62 の排気開弁期間が5°だけ増加するため、第1シリンダ61 の排気バルブの最大バルブリフトを増加させ、第2シリンダ62 の排気バルブの最大バルブリフトを減少させる。同様に、第1シリンダ61 の吸気開弁期間が5°だけ増加し、第2シリンダ62 の吸気開弁期間が5°だけ減少するため、第1シリンダ61 の吸気バルブの最大バルブリフトを減少させ、第2シリンダ62 の吸気バルブの最大バルブリフトを増加させる。前記バルブリフトの設定は、例えば第1シリンダ61 及び第2シリンダ62 のバルブリフトのタイムエリアが等しくなるようにして行うことができる。前記タイムエリアは、図20に示すバルブリフトラインの下方の斜線部の面積であって、バルブリフトY(t)を開弁時間に亘って積分した∫Y(t)dtにより算出可能である。
【0049】
その結果、実施例では第1シリンダ61 の排気バルブの最大バルブリフトが7.8mmに増加し、第2シリンダ62 の排気バルブの最大バルブリフトが7.2mmに減少するとともに、第1シリンダ61 の吸気バルブの最大バルブリフトが7.7mmに減少し、第2シリンダ62 の吸気バルブの最大バルブリフトが8.3mmに増加する。而して、第1シリンダ61 及び第2シリンダ62 間の出力のばらつきが解消され、好ましくないトルク変動の発生が防止される。
【0050】
尚、前記実施例では吸気バルブ及び排気バルブのバルブリフトを決定する際に簡易的なタイムエリア法を採用したが、総バルブ有効開口面積を用いることによりトルク変動の発生を一層確実に防止することができる。総バルブ有効開口面積は次のようにして算出することができる。即ち、図21に示すグラフに基づいてバルブリフトY(t)からバルブ有効開口面積Z(t)を求め、このバルブ有効開口面積Z(t)を開弁時間に亘って積分した∫Z(t)dtにより算出可能である。
【0051】
次に、動弁装置に可変バルブリフト/タイミング機構を採用した本発明の第2実施例を、図22〜図27に基づいて説明する。
【0052】
図22〜図24は第1シリンダ61 の動弁装置を示すものである。カムシャフト13には2個の排気カム39,39と、それらの内側に位置する2個の低速用吸気カム34L,34Lと、それらの内側に位置する1個の高速用吸気カム34Hとが設けられる。第1ロッカシャフト311 には2個の第1ロッカアーム371 ,371 と、それらの内側に位置する2個の低速用第1スイングアーム32L1 ,32L1 と、その内側に位置する1個の高速用第1スイングアーム32H1 とが揺動自在に枢支される。
【0053】
各第1ロッカアーム371 は、一端に設けたローラ38が排気カム39に当接して揺動することにより、他端で排気バルブ22のステム41を押圧して該排気バルブ22を開閉駆動する。各低速用第1スイングアーム32L1 は、その中間部上面に設けたスリッパ60を低速用吸気カム34Lに当接させて揺動するとともに、その先端が吸気バルブ21のステム36に当接する。高速用第1スイングアーム32H1 は、その一端上面に設けたスリッパ61を高速用吸気カム34Hに当接させるとともに、その一端下面をロストモーションスプリング62に当接させる。2個の低速用第1スイングアーム32L1 ,32L1 と1個の高速用第1スイングアーム32H1 とは、それらの内部を油圧で軸方向に移動可能な2個のピストン63,64によって相互に結合/分離可能である。
【0054】
而して、エンジンEの低速運転時には、2個のピストン63,64を不作動位置に移動させることにより、2個の低速用第1スイングアーム32L1 ,32L1 と1個の高速用第1スイングアーム32H1 とを切り離す。その結果、各吸気弁21はリフト量の小さい低速用吸気カム34Lにより駆動され、そのバルブリフトは小さくなり、且つバルブ開弁時間も短くなる。このとき、高速用吸気カム34Hに当接する高速用第1スイングアーム32H1 は、ロストモーションスプリング62を伸縮させながら空動する。
【0055】
一方、エンジンEの高速運転時には、2個のピストン63,64を作動位置に移動させることにより、2個の低速用第1スイングアーム32L1 ,32L1 と1個の高速用第1スイングアーム32H1 とを一体に結合する。その結果、各吸気弁21はリフト量の大きい高速用吸気カム34Hにより駆動され、そのバルブリフトは大きくなり、且つバルブ開弁時間も長くなる。このとき、各低速用吸気カム34Lは低速用第1スイングアーム32L1 から離反して空動する。
【0056】
図25〜図27は第2シリンダ62 の動弁装置を示すものである。カムシャフト13には2個の排気カム39,39と、それらの内側に位置する2個の低速用吸気カム34L,34Lと、それらの内側に位置する1個の高速用吸気カム34Hとが設けられる。第2ロッカシャフト312 には2個の第2スイングアーム322 ,322 と、それらの内側に位置する2個の低速用第2ロッカアーム37L2 と、その内側に位置する1個の高速用第2ロッカアーム37H2 とが揺動自在に枢支される。
【0057】
各第2スイングアーム322 は、中間部に設けスリッパ65が排気カム39に当接して揺動することにより、他端で排気バルブ22のステム41を押圧して該排気バルブ22を開閉駆動する。各低速用第2ロッカアーム37L2 は、その一端に設けたスリッパ66を低速用吸気カム34Lに当接させて揺動するとともに、その先端が吸気バルブ21のステム36に当接する。高速用第2ロッカアーム37H2 は、その一端に設けたスリッパ67を高速用吸気カム34Hに当接させるとともに、その他端をロストモーションスプリング68に当接させる。2個の低速用第2ロッカアーム37L2 ,37L2 と1個の高速用第2ロッカアーム37H2 とは、それらの内部を油圧で軸方向に移動可能な2個のピストン69,70によって相互に結合/分離可能である。
【0058】
而して、エンジンEの低速運転時には、2個のピストン69,70を不作動位置に移動させることにより、2個の低速用第2ロッカアーム37L2 ,37L2 と1個の高速用第2ロッカアーム37H2 とを切り離す。その結果、各吸気弁21はリフト量の小さい低速用吸気カム34Lにより駆動され、そのバルブリフトは小さくなり、且つバルブ開弁時間も短くなる。このとき、高速用吸気カム34Hに当接する高速用第2ロッカアーム37H2 は、ロストモーションスプリング68を伸縮させながら空動する。
【0059】
一方、エンジンEの高速運転時には、2個のピストン69,70を作動位置に移動させることにより、2個の低速用第2ロッカアーム37L2 ,37L2 と1個の高速用第2ロッカアーム37H2 とを一体に結合する。その結果、各吸気弁21はリフト量の大きい高速用吸気カム34Hにより駆動され、そのバルブリフトは大きくなり、且つバルブ開弁時間も長くなる。このとき、各低速用吸気カム34Lは低速用第2ロッカアーム37L2 から離反して空動する。
【0060】
次に、動弁装置に他の可変バルブリフト/タイミング機構を採用した本発明の第3実施例を、図28〜図33に基づいて説明する。
【0061】
図28〜図30は第1シリンダ61 の動弁装置を示すものである。カムシャフト13には1個の排気カム39と、それらの両側に位置する低速用吸気カム34L及び高速用吸気カム34Hとが設けられる。第1ロッカシャフト311 に先端が二股に分岐した第1ロッカアーム371 と、それらの両側に位置する低速用第1スイングアーム32L1 及び高速用第1スイングアーム32H1 とが揺動自在に枢支される。
【0062】
第1ロッカアーム371 は、一端に設けたローラ38が排気カム39に当接して揺動することにより、二股の他端で各排気バルブ22のステム41を押圧して該排気バルブ22を開閉駆動する。低速用第1スイングアーム32L1 は、その中間部上面に設けたスリッパ71を低速用吸気カム34Lに当接させて揺動するとともに、その先端が一方の吸気バルブ21のステム36に当接する。高速用第1スイングアーム32H1 は、その中間部上面に設けたスリッパ72が高速用吸気カム34Hに当接するとともに、その先端が他方の吸気バルブ21のステム36に当接する。低速用第1スイングアーム32L1 と高速用第1スイングアーム32H1 とは、それらの内部を油圧で軸方向に移動可能なピストン73によって相互に結合/分離可能である。
【0063】
而して、エンジンEの低速運転時には、ピストン73を不作動位置に移動させることにより、低速用第1スイングアーム32L1 と高速用第1スイングアーム32H1 とを切り離す。その結果、一方の吸気弁21はリフト量の小さい低速用吸気カム34Lにより駆動され、そのバルブリフトは小さくなり、且つバルブ開弁時間も短くなる。また他方の吸気弁21はリフト量の大きい高速用吸気カム34Hにより駆動され、そのバルブリフトは大きくなり、且つバルブ開弁時間も長くなる。
【0064】
一方、エンジンEの高速運転時には、ピストン73を作動位置に移動させることにより、低速用第1スイングアーム32L1 と高速用第1スイングアーム32H1 とを一体に結合する。その結果、両方の吸気弁21,21はリフト量の大きい高速用吸気カム34Hにより駆動され、そのバルブリフトは大きくなり、且つバルブ開弁時間も長くなる。このとき、低速用吸気カム34Lは低速用第1スイングアーム32L1 から離反して空動する。
【0065】
図31〜図33は第2シリンダ62 の動弁装置を示すものである。カムシャフト13には2個の排気カム39,39と、それらの内側に位置する低速用吸気カム34L及び高速用吸気カム34Hとが設けられる。第2ロッカシャフト312 に2個の第2スイングアーム322 ,322 と、それらの内側に位置する低速用第2ロッカアーム37L2 及び高速用第2ロッカアーム37H2 とが揺動自在に枢支される。
【0066】
各第2スイングアーム322 は、その中間部上面に設けたローラ74が排気カム39に当接して揺動することにより、その先端で排気バルブ22のステム41を押圧して該排気バルブ22を開閉駆動する。低速用第2ロッカアーム37L2 は、その一端に設けたスリッパ75を低速用吸気カム34Lに当接させて揺動するとともに、その他端が一方の吸気バルブ21のステム36に当接する。高速用第2ロッカアーム37H2 は、その一端に設けたローラ38が高速用吸気カム34Hに当接するとともに、その他端が他方の吸気バルブ21のステム36に当接する。低速用第1スイングアーム32L1 と高速用第1スイングアーム32H1 とは、それらの内部を油圧で軸方向に移動可能なピストン76によって相互に結合/分離可能である。
【0067】
而して、エンジンEの低速運転時には、ピストン76を不作動位置に移動させることにより、低速用第2ロッカアーム37L2 と高速用第2ロッカアーム37H2 とを切り離す。その結果、一方の吸気弁21はリフト量の小さい低速用吸気カム34Lにより駆動され、そのバルブリフトは小さくなり、且つバルブ開弁時間も短くなる。また他方の吸気弁21はリフト量の大きい高速用吸気カム34Hにより駆動され、そのバルブリフトは大きくなり、且つバルブ開弁時間も長くなる。
【0068】
一方、エンジンEの高速運転時には、ピストン76を作動位置に移動させることにより、低速用第2ロッカアーム37L2 と高速用第2ロッカアーム37H1 とを一体に結合する。その結果、両方の吸気弁21,21はリフト量の大きい高速用吸気カム34Hにより駆動され、そのバルブリフトは大きくなり、且つバルブ開弁時間も長くなる。このとき、低速用吸気カム34Lは低速用第2ロッカアーム37L1 から離反して空動する。
【0069】
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。
【0072】
【発明の効果】
以上のように、請求項に記載された発明によれば、クランクシャフトの軸線に対してクランクシャフト回転方向進み側にオフセットした軸線を有する第1シリンダと、クランクシャフトの軸線に対してクランクシャフト回転方向遅れ側にオフセットした軸線を有する第2シリンダと、第1シリンダに摺動自在に嵌合する第1ピストンと、第2シリンダに摺動自在に嵌合する第2ピストンと、第1ピストンをクランクシャフトに接続する第1コネクティングロッドと、第2ピストンをクランクシャフトに接続する第2コネクティングロッドとを備えた構造のオフセットピストンエンジンにおいて、第1ピストンを第1コネクティングロッドのスモールエンドに枢支する第1ピストンピンを第1ピストンの中心に対してクランクシャフト回転方向進み側にオフセットするとともに、第2ピストンを第2コネクティングロッドのスモールエンドに枢支する第2ピストンピンを第2ピストンの中心に対してクランクシャフト回転方向遅れ側にオフセットしたので、コネクティングロッドに大きな圧縮力が作用する圧縮行程或いは膨張行程においてコネクティングロッドが大きく傾斜したときに、前記圧縮力で第1、第2ピストンにピストンピン回りのモーメントを作用させてピストン側壁のスカート部を更に強くシリンダ側壁に圧接し、剛性の低いスカート部を変形させて前記スラスト力を分散することができる。このように比較的に低温で潤滑油の供給も充分なピストン側壁のスカート部で前記スラスト力を分散して受け止めることにより、ピストンとシリンダとの焼付を確実に防止して耐焼付性を向上させるとともに、摩擦力の減少による燃費の低減を図ることができる。
【0073】
その上、第1シリンダの吸気バルブの閉弁時期を第2シリンダの吸気バルブの閉弁時期よりも遅らせると共に、第1シリンダの排気バルブの開弁時期を第2シリンダの排気バルブの開弁時期よりも遅らせたので、前記構造のオフセットピストンエンジンにおける第1、第2シリンダの吸気行程の長さの差および排気行程の長さの差吸気バルブの閉弁時期および排気バルブの開弁時期の設定で補償し、第1、第2シリンダの出力差を減少させてトルク変動の発生を回避することができる。
【0074】
また請求項に記載された発明によれば、第1シリンダの吸気バルブのバルブリフトを第2シリンダの吸気バルブのバルブリフトよりも小さく設定すると共に、第1シリンダの排気バルブのバルブリフトを第2シリンダの排気バルブのバルブリフトよりも大きく設定したことにより、第1、第2シリンダの吸気バルブおよび排気バルブの各々のバルブリフトのタイムエリア或いは総バルブ有効開口面積の差を小さくして、第1、第2シリンダの出力差を更に減少させてトルク変動の発生を一層効果的に回避することができる。
また請求項3に記載された発明によれば、同一のシリンダブロックに、各々複数の第1及び第2シリンダがシリンダヘッドから見て千鳥状に並列配置されるので、エンジンのクランクシャフト軸線方向の寸法を、複数のシリンダを直列配置したものに比べて短縮することができ、且つエンジンのクランクシャフト軸線に直交する方向の寸法を、複数のシリンダをV型配置したものに比べて短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】エンジンの正面図(図2の1方向矢視図)
【図2】図1の2−2線断面図
【図3】図2の3−3線断面図
【図4】図3の4−4線断面図
【図5】図1の5−5線断面図
【図6】図5の6−6線断面図
【図7】図2の7−7線断面図
【図8】図2の8−8線拡大断面図
【図9】図8の9−9線断面図
【図10】図8の10−10線断面図
【図11】図8の11−11線断面図シリンダブロックの斜視図
【図12】シリンダブロックの斜視図
【図13】ブリーザチャンバの変形例を示す図
【図14】第1シリンダの作用説明図
【図15】第2シリンダの作用説明図
【図16】ピストンのスラスト力を示すグラフ
【図17】エンジンの各行程のクランク角を説明する図
【図18】各シリンダに対応するクランクピンの位相を示す図
【図19】バルブタイミングを示すグラフ
【図20】バルブリフトのタイムエリア算出手法の説明図
【図21】バルブリフトとバルブ有効開口面積との関係を示す図
【図22】第2実施例に係る、第1シリンダの動弁装置の平面図
【図23】図22の23−23線断面図
【図24】図22の24−24線断面図
【図25】第2実施例に係る、第2シリンダの動弁装置の平面図
【図26】図25の26−26線断面図
【図27】図25の27−27線断面図
【図28】第3実施例に係る、第1シリンダの動弁装置の平面図
【図29】図28の29−29線断面図
【図30】図28の30−30線断面図
【図31】第3実施例に係る、第2シリンダの動弁装置の平面図
【図32】図31の32−32線断面図
【図33】図31の33−33線断面図
【符号の説明】
1 クランクシャフト
1 第1シリンダ(シリンダ)
2 第2シリンダ(シリンダ)
1 第1ピストン(ピストン)
2 第2ピストン(ピストン)
1 第1コネクティングロッド(コネクティングロッド)
2 第2コネクティングロッド(コネクティングロッド)
1 第1ピストンピン(ピストンピン)
2 第2ピストンピン(ピストンピン)
21 吸気バルブ
Lc1 第1シリンダ軸線(軸線)
Lc2 第2シリンダ軸線(軸線)
Ls クランクシャフト軸線(軸線)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an offset piston engine in which a cylinder axis is offset to the side of a crankshaft axis.
[0002]
[Prior art]
In an engine that repeats the exhaust stroke → intake stroke → compression stroke → expansion stroke, the compression force applied to the connecting rod increases in the compression stroke and the expansion stroke in which both the intake valve and the exhaust valve are closed. At this time, if the connecting rod is parallel to the cylinder axis, a thrust force that presses the piston side wall against the cylinder side wall is not generated, but if the connecting rod is inclined with respect to the cylinder axis, the inclination angle is As the pressure increases, the thrust force, which is a lateral component of the compression force, increases, and there is a problem that the sliding resistance increases because the piston side wall is strongly pressed against the cylinder side wall.
[0003]
Therefore, in the expansion stroke in which the maximum compressive force is applied to the connecting rod, the cylinder axis is advanced with respect to the crankshaft axis with respect to the crankshaft axis so that the angle formed by the connecting rod with respect to the cylinder axis is as small as possible. An offset is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 56-98531. According to this, when the piston descends due to the pressure of the combustion gas in the expansion stroke, the connecting rod becomes substantially parallel to the cylinder axis due to the offset, so the thrust force which is a lateral component of the compressive force of the connecting rod Can reduce the sliding resistance between the piston and the cylinder.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, when the cylinder axis is offset to the crankshaft rotation direction advance side with respect to the crankshaft axis as described above, the inclination angle of the connecting rod is further increased by the offset in the compression stroke in which the compressive force of the connecting rod is large after the expansion stroke. On the contrary, the thrust force increases and the thrust force increases, and the decrease in the thrust force in the expansion stroke is offset by the increase in the thrust force in the compression stroke.
[0005]
Therefore, in the publication described above, the offset amount with respect to the piston stroke is set to a predetermined value to reduce the sliding resistance between the piston and the cylinder. It is extremely difficult to sufficiently reduce the dynamic resistance.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to further reduce sliding resistance between a piston and a cylinder in an offset piston engine in which a cylinder axis is offset with respect to a crankshaft axis. To do.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  To achieve the above purpose,Claim1Invention described inTheA first cylinder having a rank shaft, an axis offset to the crankshaft rotation direction advance side with respect to the crankshaft axis, and a second cylinder having an axis offset to the crankshaft rotation direction delay side with respect to the crankshaft axis A first piston slidably fitted to the first cylinder, a second piston slidably fitted to the second cylinder, a first connecting rod connecting the first piston to the crankshaft, In an offset piston engine having a second connecting rod for connecting two pistons to a crankshaft, a first piston pin pivotally supporting the first piston on a small end of the first connecting rod is disposed with respect to the center of the first piston. Offset to the crankshaft rotation direction advance side , The second piston pin pivotally supporting the second piston to the small end of the second connecting rod, offset to the crankshaft rotation direction delayed side with respect to the center of the second pistonIn addition, the closing timing of the intake valve of the first cylinder is delayed from the closing timing of the intake valve of the second cylinder, and the opening timing of the exhaust valve of the first cylinder is set to the opening timing of the exhaust valve of the second cylinder. Also delayedIt is characterized by that.
[0010]
  And claims2The invention described in claim 11In addition to the configuration ofNo.Set the valve lift of the intake valve of one cylinder smaller than the valve lift of the intake valve of the second cylinderIn addition, the valve lift of the exhaust valve of the first cylinder is set larger than the valve lift of the exhaust valve of the second cylinder, and the invention described in claim 3 is the structure of claim 1 or 2 In addition, a plurality of first and second cylinders are arranged in parallel in a staggered manner as viewed from the cylinder head in the same cylinder block.It is characterized by that.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples of the present invention shown in the accompanying drawings.
[0012]
1 to 21 show a first embodiment of the present invention. FIG. 1 is a front view of the engine (viewed in the direction of arrow 1 in FIG. 2), and FIG. 3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG. 2, FIG. 4 is a sectional view taken along line 4-4 in FIG. 3, FIG. 5 is a sectional view taken along line 5-5 in FIG. 7 is a sectional view taken along line 7-7 in FIG. 2, FIG. 8 is an enlarged sectional view taken along line 8-8 in FIG. 2, FIG. 9 is a sectional view taken along line 9-9 in FIG. 11 is a sectional view taken along the line 11-11 of FIG. 8, FIG. 12 is a perspective view of the cylinder block, FIG. 13 is a view showing a modification of the breather chamber, and FIG. 14 is an explanatory view of the operation of the first cylinder. 15 is a diagram illustrating the operation of the second cylinder, FIG. 16 is a graph showing the thrust force of the piston, FIG. 17 is a diagram illustrating the crank angle of each stroke of the engine, and FIG. 18 is a diagram of the crank pin corresponding to each cylinder. Shows a phase, FIG. 19 is a graph showing the valve timing, FIG. 20 is an explanatory view of a time area calculation method of the valve lift, FIG. 21 is a diagram showing the relationship between the valve lift and the valve effective opening area.
[0013]
As shown in FIGS. 1 to 4, the four-cylinder engine E is coupled to the cylinder block 2 that rotatably supports the crankshaft 1, the cylinder head 3 that is coupled to the upper surface of the cylinder block 2, and the upper surface of the cylinder head 3. And the oil pan 5 coupled to the lower surface of the cylinder block 2. The crankshaft 1 having the crankshaft axis Ls extending in the left-right direction of the vehicle body rotates in the direction indicated by the arrow A in FIGS.
[0014]
The cylinder block 2 is formed with # 1 to # 4 cylinders having axes parallel to each other, of which the # 1 cylinder and the # 3 cylinder are the first cylinder 6.1, 61The remaining # 2 cylinder and # 4 cylinder are the second cylinder 62, 62Configure. 1st cylinder 61, 61(# 1 cylinder and # 3 cylinder) are the first cylinder axis Lc1The first cylinder axis Lc1Is offset by a distance D from the crankshaft axis Ls in the direction of rotation of the crankshaft 1, that is, in front of the vehicle body.2, 62(# 2 cylinder and # 4 cylinder) are the second cylinder axis Lc2The second cylinder axis Lc2Is offset from the crankshaft axis Ls by a distance D on the delay side of the crankshaft 1 in the rotational direction (see FIG. 4).
[0015]
As a result, the four cylinders 61, 61; 62, 62Are arranged in a zigzag shape in a plan view (see FIG. 3), the dimension of the engine E in the direction of the crankshaft axis Ls can be shortened compared to that of the series arrangement, and the crankshaft axis of the engine E can be shortened. The dimension in the direction perpendicular to Ls can be shortened compared to the V-type arrangement.
[0016]
Each first cylinder 61First piston 7 slidably fitted to1The first connecting rod 81Are connected to the crankshaft 1 through the second cylinders 6.2Second piston 7 slidably fitted to2The second connecting rod 82Is connected to the crankshaft 1 via 1st piston 71The first connecting rod 81The first piston pin 9 pivotally supported on the small end1Is the first cylinder axis Lc1Is offset from the crankshaft 1 in the rotational direction by a distance d, and the second piston 72The second connecting rod 82Second piston pin 9 pivotally supported on the small end2Is the second cylinder axis Lc2On the other hand, the crankshaft 1 is offset by a distance d toward the rotation direction delay side (see FIG. 4).
[0017]
As shown in FIGS. 3, 5, and 6, a drive sprocket 12 of the valve gear is integrally formed on the inner side (left side in FIG. 3) of the flywheel 11 provided on the outer end (right end in FIG. 3) of the crankshaft 1. The drive sprocket 12 is connected to a driven sprocket 14 provided at the outer end (right end in FIG. 3) of the camshaft 13 supported by the head cover 4 via a cam chain 15. Inside the cam chain chamber 16 formed at the ends of the cylinder block 2 and the cylinder head 3 to accommodate the cam chain 15, an idle sprocket 17 for guiding the tension side of the cam chain 15 and two upper and lower chain guides 18 are provided. , 19 and a chain tensioner 20 that contacts the slack side of the cam chain 15 and applies a predetermined tension.
[0018]
As best shown in FIG. 3, the cam chain chamber 16 that houses the cam chain 15 is offset to the front side of the vehicle body with respect to the crankshaft axis Ls. This is because the cam cylinder chamber 16 is offset from the crankshaft axis Ls toward the rear of the vehicle body 6.2(# 4 cylinder) and the first cylinder 6 offset to the front of the vehicle body1This is because it is formed using the space between (# 3 cylinder). In the lower part of the cam chain 15, that is, in the vicinity of the drive sprocket 12 provided on the crankshaft 1, the inner end of the cam chain 15 (the left end in FIG. 3) is the outer end of the water jacket 21 that surrounds the outer periphery of the # 4 cylinder (see FIG. 3 (right end in 3), the distance P enters the inside (left side in FIG. 3).
[0019]
Thus, the four cylinders 6 arranged in a staggered manner1, 61; 62, 62The cam chain 15 is disposed at the end of the cam chain 15 using a dead space formed so as to be biased to one side from the crankshaft axis Ls, and the lower inner end of the cam chain 15 is connected to the outer end of the water jacket 10 of the # 4 cylinder. Since the cam chain 15 and the flywheel 11 are arranged as close to the inside of the crankshaft 1 as possible, the dimension of the engine E in the direction of the crankshaft axis Ls can be shortened. Moreover, since the drive sprocket 12 and the driven sprocket 14 can be connected by a single cam chain 15 according to the above layout, the number and weight of the cam chain and the sprockets accompanying it can be reduced.
[0020]
As shown in FIGS. 1, 2, and 7, the # 1 cylinder to the # 4 cylinder include two intake valves 21 and 21, and two exhaust valves 22 and 22, respectively. The intake manifold 23 coupled to the rear surface of the cylinder head 3 is connected to the intake valves 21..., 21... Of the # 1 cylinder to # 4 cylinder via four intake ports 24. . A fuel injection valve 25 is provided at the tip of each intake port 24 so as to face the intake valves 21 and 21. An exhaust manifold 26 is coupled to the front surface of the cylinder head 3, and an exhaust pipe 27 is coupled to the front end gathering portion of the exhaust manifold 26. Four exhaust ports 28 formed in a bifurcated shape in the cylinder head 3 to connect the base end of the exhaust manifold 26 branched into four branches and the exhaust valves 22 ... 22 of the # 1 cylinder to # 4 cylinder. Is formed. The EGR passage 30 is connected to the exhaust port 28 of the # 4 cylinder.
[0021]
As is apparent from FIG. 7, the cylinder head 3 is coupled to the cylinder block 2 by eleven head bolts 29a to 29k. Among them, five head bolts 29a, 29b, 29c, 29d, 29e are arranged so as to sandwich the left and right sides of the four intake ports 24, and the other four head bolts 29f, 29g, 29h, 29i are four. It arrange | positions between the branch parts of the individual exhaust port 28 .... The remaining two head bolts 29j and 29k are arranged on the right end side and the left end side of the cylinder head 3.
[0022]
In this way, by arranging the head bolts 29f, 29g, 29h, 29i between the branch portions of the bifurcated exhaust ports 28, the outer circumferences of the # 1 cylinder to the # 4 cylinder are each tightened with three head bolts, That is, the outer periphery of the # 4 cylinder is head bolts 29a, 29b, 29f, the outer periphery of the # 3 cylinder is head bolts 29b, 29c, 29g, the outer periphery of the # 2 cylinder is the head bolts 29c, 29d, 29h, and the # 1 cylinder The outer periphery can be tightened with the head bolts 29d, 29e, 29i to obtain a uniform fastening force. Particularly, in the engine E in which the # 1 cylinder to the # 4 cylinder are arranged in a staggered manner as in the embodiment, the space between the cylinders is narrow, so that the space for arranging the head bolts is insufficient, but the branch portion of the exhaust port 28. The problem is solved by using the space between them.
[0023]
Although the space between the branch portions of the intake ports 24 can be used for the arrangement of the head bolts, the shape of the intake ports 24 is restricted by the head bolts. It is necessary to consider so that the atomization characteristics of the fuel injected from ... are not affected.
[0024]
As shown in FIGS. 8 to 10, the first cylinder 61The camshaft 13 and the first rocker shaft 31 are located above the (# 1 cylinder).1Are installed in parallel. In FIG. 8, the first rocker shaft 311Shows only the center line by a chain line. First rocker shaft 311In the first swing arm 321Is pivotally supported so that the first swing arm 32 can swing.1A roller 33 provided in the intermediate portion of the cam contacts an intake cam 34 provided on the camshaft 13 and a first swing arm 32.1The bifurcated front end of each of the two abuts against the stems 36 and 36 of the pair of intake valves 21 and 21 urged by the valve springs 35 and 35 in the valve closing direction.
[0025]
The first rocker shaft 311In addition, the first swing arm 321A pair of first rocker arms 37 so as to sandwich1, 371The middle part of the frame is pivotably supported. Each first rocker arm 371A roller 38 provided at one end of the cam contacts an exhaust cam 39 provided on the camshaft 13 and each first rocker arm 37.1The other end of the exhaust valve 22 abuts on the stem 41 of each exhaust valve 22 urged by the valve spring 40 in the valve closing direction. A pair of first rocker arms 371, 371The first cylinder 6 is disposed at the bottom of the guide cylinder 42 disposed therebetween.1A spark plug 43 facing the combustion chamber is attached.
[0026]
Thus, the first cylinder 6 corresponding to the # 1 cylinder1The structure of the valve gear is described, but the first cylinder 6 corresponding to the # 3 cylinder1The structure of the valve gear is substantially the same.
[0027]
As shown in FIGS. 8 and 11, the second cylinder 62The camshaft 13 and the second rocker shaft 31 are located above the (# 2 cylinder).2Are installed in parallel. In FIG. 8, the second rocker shaft 312Shows only the center line by a chain line. Second rocker shaft 312In the second swing arm 322Is pivotably supported by the second swing arm 32.2The roller 33 provided in the intermediate portion of the cam contacts the exhaust cam 39 provided on the camshaft 13 and the second swing arm 32.2The bifurcated front end of each of the two abuts against the stems 41 and 41 of the pair of exhaust valves 22 and 22 urged in the valve closing direction by the valve springs 40 and 40.
[0028]
Second rocker shaft 312In addition, the second swing arm 322A pair of second rocker arms 37 so as to sandwich2, 372The middle part of the frame is pivotably supported. Each second rocker arm 372A roller 38 provided at one end of the cam abuts against an intake cam 34 provided on the camshaft 13 and each second rocker arm 37.2The other end of the valve abuts on the stem 36 of each intake valve 21 urged by the valve spring 35 in the valve closing direction. A pair of second rocker arms 372, 372The second cylinder 6 is disposed at the bottom of the guide cylinder 42 disposed between them.2A spark plug 43 facing the combustion chamber is attached.
[0029]
Thus, the second cylinder 6 corresponding to the # 2 cylinder2The structure of the valve operating apparatus of the second cylinder 6 has been described.2The structure of the valve gear is substantially the same.
[0030]
As is clear from a comparison of FIGS. 8, 9 and 11, the first cylinder 61Valve gear and second cylinder 62The valve operating apparatus has a structure in which the inclination angles of the intake valves 21 and 21 and the inclination angles of the exhaust valves 22 and 22 are the same with respect to the camshaft 13 and are symmetrical in the front-rear direction. That is, the first cylinder 611st rocker shaft 311, First swing arm 321, Roller 33, first rocker arm 371, 371And rollers 38, 38 are respectively connected to the second cylinder 62The second rocker shaft 312, Second swing arm 322, Roller 33, second rocker arm 372, 372The rollers 38 and 38 are the same member and are interchangeable. The difference is that the first cylinder 61Is the first swing arm 321To drive the intake valves 21 and 21, and the first rocker arm 371, 371The exhaust cylinders 22 and 22 are driven by the second cylinder 62Is the second swing arm 322The exhaust valves 22 and 22 are driven by the second rocker arm 37.2, 372Thus, the intake valves 21 and 21 are driven.
[0031]
As described above, the first cylinder 61Valve gear and second cylinder 62The first valve 6 has the same valve inclination angle and a longitudinally symmetrical structure.1And the second cylinder 62This makes it possible not only to prevent variations in the intake / exhaust characteristics of the cylinders and cause each cylinder to perform uniform combustion, but also to greatly reduce the number of parts and contribute to cost reduction.
[0032]
As shown in FIGS. 3 and 12, the outer wall 44 and the intermediate portion in the left-right direction of the side wall of the cylinder block 2 on the vehicle body rear side, that is, the recess surrounded by the # 2 cylinder, the # 3 cylinder, and the # 4 cylinder are provided. A pair of breather chambers 47 and 48 defined by a partition wall 46 having a communication hole 45 at the upper end and extending in the vertical direction are formed so as to open on the deck surface of the cylinder block 2. One breather chamber 47 communicates with the crank chamber through an inlet opening 49 and communicates with the other breather chamber 48 through the communication hole 45. The other breather chamber 48 has an outlet opening 50 and a tube (not shown). To the intake system of the engine E. Note that the upper surface openings of the breather chambers 47 and 48 are closed by the lower surface of the cylinder head 3 coupled to the cylinder block 2.
[0033]
Thus, by forming the breather chambers 47 and 48 in the recess surrounded by the # 2 cylinder, the # 3 cylinder and the # 4 cylinder on the three sides, the outer wall 44 and the partition wall 46 function as reinforcing ribs, and the cylinder block 2 can contribute to the improvement of rigidity. As a result, the rigidity can be increased without increasing the front-rear width of the cylinder block 2, and the transmitted sound is reduced by the breather chambers 47 and 48, so that the noise of the engine E is reduced as compared with the case where a simple reinforcing rib is provided. can do.
[0034]
FIG. 13 shows a modified example of the breather chambers 47 and 48. The outer walls 44a to 44d and the outer walls 44a to 44d are formed in a recess surrounded by the # 2 cylinder, # 3 cylinder and # 4 cylinder formed in the cylinder block 2. A pair of breather chambers 47 and 48 having a communication hole 45 at the end and defined by a partition wall 46 extending in the horizontal direction are formed so as to open to the side surface of the cylinder block 2. The lower breather chamber 47 communicates with the crank chamber through the inlet opening 49 and also communicates with the upper breather chamber 48 through the communication hole 45. The opening portions of the breather chambers 47 and 48 are closed by a cover 52 connected through a gasket 51, and the upper breather chamber 48 is connected to an intake system of the engine E through an outlet opening 50 formed in the cover 52 and a tube (not shown). Connected to.
[0035]
Also by this modification, the same effect as the embodiment shown in FIG. 12 can be obtained.
[0036]
Next, the operation of the embodiment of the present invention having the above-described configuration will be described.
[0037]
FIG. 14 shows the first cylinder 6 positioned on the advancing direction of the crankshaft 1 (the front side of the vehicle body relative to the crankshaft 1).1This is to explain the operation of. As is clear from (B) showing the expansion stroke, the first cylinder axis Lc1Is offset from the crankshaft axis Ls by a distance D toward the advancing direction of the crankshaft 1, so that the connecting rod is moved to the first cylinder axis Lc.1It is substantially parallel to. Therefore, even if a strong compressive force acts on the connecting rod, the first cylinder axis Lc1The thrust force in the direction perpendicular to the angle, that is, the thrust force that presses the piston side wall against the cylinder side wall is extremely small.
[0038]
On the other hand, as is clear from (A) showing the compression stroke, the first cylinder axis Lc1Is offset from the crankshaft axis Ls by a distance D toward the advancing direction of the crankshaft 1, so that the connecting rod is moved to the first cylinder axis Lc.1As a result, the thrust force Fx, which is a component of the compressive force F of the connecting rod, is increased. However, the piston pin that pivotally supports the small end of the connecting rod on the piston is connected to the first cylinder axis Lc.1As a result, the moment in the direction of the arrow B acts on the piston and the skirt portion of the piston is pressed against the cylinder side wall (see a part).
[0039]
Thus, even if the piston side wall is pressed against the cylinder side wall by the thrust force Fx, the piston skirt portion having low rigidity is pressed against the cylinder side wall by the moment B and deforms, so that the load applied to the piston side wall is dispersed. Can do. In particular, the piston skirt is located at a distance from the combustion chamber, is relatively low temperature, and the supply of lubricating oil is sufficient and the amount of frictional heat generated is small. In addition to preventing seizure resistance, the fuel consumption can be reduced by reducing the frictional force.
[0040]
FIG. 15 shows the second cylinder 6 located on the side of the crankshaft 1 that is behind the rotation direction (the rear side of the vehicle body relative to the crankshaft 1).2This is to explain the operation of. As is clear from the compression stroke (A), the second cylinder axis Lc2Is offset from the crankshaft axis Ls by a distance D to the rotation direction delay side of the crankshaft 1, so that the connecting rod is moved to the second cylinder axis Lc.2It is substantially parallel to. Therefore, even if a strong compressive force acts on the connecting rod, the second cylinder axis Lc2The thrust force in the direction perpendicular to the angle, that is, the thrust force that presses the piston side wall against the cylinder side wall is extremely small.
[0041]
On the other hand, as is apparent from (B) showing the expansion stroke, the second cylinder axis Lc2Is offset from the crankshaft axis Ls by a distance D to the rotation direction delay side of the crankshaft 1, so that the connecting rod is moved to the second cylinder axis Lc.2As a result, the thrust force Fx, which is a component of the compressive force F of the connecting rod, is increased. However, the piston pin that pivotally supports the small end of the connecting rod on the piston is connected to the second cylinder axis Lc.2On the other hand, by offsetting the crankshaft 1 by a distance d toward the rotation direction delay side, a moment in the direction of arrow B acts on the piston, and the skirt portion of the piston is pressed against the cylinder side wall (see portion b).
[0042]
Thus, the first cylinder 6 described with reference to FIG.1As in the case of, the deformation of the skirt portion of the low-rigidity piston can reliably prevent seizure between the piston and the cylinder, improve seizure resistance, and reduce fuel consumption by reducing frictional force. .
[0043]
FIG. 16 shows how the thrust force Fx at the height of the piston pin that pivotally supports the small end of the connecting rod on the piston changes according to the crank angle. Cylinder 61In addition, (B) corresponds to the second cylinder, respectively. As is apparent from the figure, the thrust force Fx is reduced in the present example (solid line shown) in which the piston pin is offset by the distance d compared to the conventional example (shown by the broken line) in which the offset is not applied. You can see that This is because the piston tilts due to the moment B based on the offset of the piston pin, so that the skirt portion is pressed against the cylinder side wall to receive the thrust force, and the thrust force at the height of the piston pin above the skirt portion is correspondingly increased. By decreasing.
[0044]
Now, the first cylinder 61And the second cylinder 62Are offset by a distance D to the crankshaft rotation direction advance side and delay side, respectively.1And the second cylinder 62The crank angle of the intake / expansion stroke and the crank angle of the compression / exhaust stroke become non-uniform. This will be described with reference to FIG. 17. The offset amount of each cylinder is D, the crank radius is r, the connecting rod length is R, the inclination angle of the connecting rod at the top dead center is α, and the bottom dead center is If the inclination angle of the connecting rod is β,
Intake / expansion stroke crank angle of the first cylinder; 180 ° −α + β> 180 °
Intake / expansion stroke crank angle of the second cylinder; 180 ° + α−β <180 °
First cylinder compression / exhaust stroke crank angle: 180 ° + α−β <180 °
Crank angle of compression / exhaust stroke of the second cylinder; 180 ° −α + β> 180 °
α = sin α-1{D / (R + r)}
β = sinα-1{D / (R−r)}
α <β
Is established.
[0045]
Accordingly, the first cylinder 61And the second cylinder 62If the valve timings are set to be the same, the piston position at the opening and closing timing of each valve is the first cylinder 61And the second cylinder 62Therefore, there is a problem in that the output imbalance occurs and the full load performance also decreases. Therefore, in this embodiment, the following means are taken.
[0046]
In order to make the # 1 cylinder to the # 4 cylinder explode at equal intervals, the phases of the four crank pins in the crankshaft are set as shown in FIG. Here, α is the inclination angle α of the connecting rod at the top dead center described above.
[0047]
In a normal engine that is not an offset piston engine, the intake valve opening timing at the time of 1 mm valve lift is 15 ° ATDC, the intake valve closing timing is 25 ° ABDC, the exhaust valve opening timing is 25 ° BBDC, and the exhaust valve closing timing is 15 ° BTDC. In order to apply the same setting to the engine of this embodiment, it is necessary to adopt the following valve timing. That is, as shown in FIG.1And the second cylinder 62In either case, the intake valve opening timing (15 ° ATDC) and the exhaust valve closing timing (15 ° BTDC) do not need to be substantially changed, but the first cylinder 6 is offset by the offset.1Since bottom dead center shifts to about 5 ° ABDC side, the intake valve closing timing is set to 30 ° ABDC, which is 5 ° behind the normal engine intake valve closing timing (25 ° ABDC), and the exhaust valve opening timing is set. Needs to be set to 20 ° BBDC which is delayed by 5 ° from the exhaust valve opening timing (25 ° BBDC) of the normal engine. Also, the second cylinder 6 is offset by2Since the bottom dead center shifts to about 5 ° BBDC side, the intake valve closing timing is set to 20 ° ABDC, which is 5 ° earlier than the normal engine intake valve closing timing (25 ° ABDC), and the exhaust valve opening timing is set. Needs to be set to 30 ° BBDC, which is 5 ° earlier than the normal engine exhaust valve opening timing (25 ° BBDC).
[0048]
Accordingly, the first cylinder 61The exhaust valve opening period of the second cylinder 6 decreases by 5 °,2Since the exhaust valve opening period of the cylinder increases by 5 °, the first cylinder 61Increase the maximum valve lift of the exhaust valve of the second cylinder 62Reduce the maximum valve lift of the exhaust valve. Similarly, the first cylinder 61The intake valve opening period of the cylinder increases by 5 °, and the second cylinder 62Since the intake valve opening period of the cylinder is reduced by 5 °, the first cylinder 61Reducing the maximum valve lift of the intake valve of the second cylinder 62Increase the maximum valve lift of the intake valve. The setting of the valve lift is, for example, the first cylinder 61And the second cylinder 62The valve lift time areas can be equalized. The time area is an area of a hatched portion below the valve lift line shown in FIG. 20, and can be calculated by ∫Y (t) dt obtained by integrating the valve lift Y (t) over the valve opening time.
[0049]
As a result, in the embodiment, the first cylinder 61The maximum valve lift of the exhaust valve increases to 7.8 mm and the second cylinder 62The maximum valve lift of the exhaust valve is reduced to 7.2 mm and the first cylinder 61The maximum valve lift of the intake valve is reduced to 7.7 mm and the second cylinder 62The maximum valve lift of the intake valve increases to 8.3 mm. Thus, the first cylinder 61And the second cylinder 62Variation in output between the two is eliminated, and undesirable torque fluctuations are prevented.
[0050]
In the above embodiment, the simple time area method is adopted when determining the valve lift of the intake valve and the exhaust valve. However, by using the total valve effective opening area, the occurrence of torque fluctuation can be more reliably prevented. Can do. The total valve effective opening area can be calculated as follows. That is, the valve effective opening area Z (t) is obtained from the valve lift Y (t) based on the graph shown in FIG. 21, and this valve effective opening area Z (t) is integrated over the valve opening time ∫Z (t ) Dt can be calculated.
[0051]
Next, a second embodiment of the present invention in which a variable valve lift / timing mechanism is employed in the valve operating device will be described with reference to FIGS.
[0052]
22 to 24 show the first cylinder 6.11 shows a valve operating apparatus. The camshaft 13 is provided with two exhaust cams 39, 39, two low-speed intake cams 34L, 34L located inside them, and one high-speed intake cam 34H located inside them. It is done. First rocker shaft 311There are two first rocker arms 371, 371And two low-speed first swing arms 32L located inside them1, 32L1And one high-speed first swing arm 32H located inside thereof1Are pivotably supported.
[0053]
Each first rocker arm 371The roller 38 provided at one end abuts on the exhaust cam 39 and swings, thereby pressing the stem 41 of the exhaust valve 22 at the other end to drive the exhaust valve 22 to open and close. First low speed swing arm 32L1Swings by causing the slipper 60 provided on the upper surface of the intermediate portion to abut against the low-speed intake cam 34L, and its tip abuts against the stem 36 of the intake valve 21. First swing arm 32H for high speed1, The slipper 61 provided on the upper surface of one end thereof is brought into contact with the high-speed intake cam 34H, and the lower surface of one end thereof is brought into contact with the lost motion spring 62. Two low speed first swing arms 32L1, 32L1And one high-speed first swing arm 32H1Can be coupled / separated from each other by two pistons 63 and 64 that can move in the axial direction by hydraulic pressure.
[0054]
Thus, when the engine E is operating at low speed, the two first swing arms 32L for low speed are moved by moving the two pistons 63, 64 to the inoperative position.1, 32L1And one high-speed first swing arm 32H1And disconnect. As a result, each intake valve 21 is driven by a low-speed intake cam 34L with a small lift amount, and the valve lift is reduced and the valve opening time is also shortened. At this time, the first high-speed swing arm 32H contacting the high-speed intake cam 34H1Moves idly while expanding and contracting the lost motion spring 62.
[0055]
On the other hand, when the engine E is operating at high speed, the two first swing arms 32L for low speed are moved by moving the two pistons 63, 64 to the operating position.1, 32L1And one high-speed first swing arm 32H1Are combined together. As a result, each intake valve 21 is driven by a high-speed intake cam 34H having a large lift amount, the valve lift becomes large, and the valve opening time becomes long. At this time, each low speed intake cam 34L is connected to the low speed first swing arm 32L.1It moves away from the air.
[0056]
25 to 27 show the second cylinder 621 shows a valve operating apparatus. The camshaft 13 is provided with two exhaust cams 39, 39, two low-speed intake cams 34L, 34L located inside them, and one high-speed intake cam 34H located inside them. It is done. Second rocker shaft 312There are two second swing arms 322, 322And two low-speed second rocker arms 37L located inside them2And one second high-speed rocker arm 37H located inside2Are pivotably supported.
[0057]
Each second swing arm 322The slipper 65 provided in the intermediate portion abuts on the exhaust cam 39 and swings, thereby pressing the stem 41 of the exhaust valve 22 at the other end to drive the exhaust valve 22 to open and close. Second rocker arm 37L for each low speed2Swings by causing the slipper 66 provided at one end thereof to abut against the low-speed intake cam 34L, and its tip abuts against the stem 36 of the intake valve 21. High speed second rocker arm 37H2, The slipper 67 provided at one end thereof is brought into contact with the high-speed intake cam 34 </ b> H, and the other end is brought into contact with the lost motion spring 68. Two low-speed second rocker arms 37L2, 37L2And one high-speed second rocker arm 37H2Can be coupled / separated from each other by two pistons 69 and 70 that can move in the axial direction hydraulically.
[0058]
Thus, when the engine E is operating at a low speed, the two low-speed second rocker arms 37L are moved by moving the two pistons 69 and 70 to the inoperative position.2, 37L2And one high-speed second rocker arm 37H2And disconnect. As a result, each intake valve 21 is driven by a low-speed intake cam 34L with a small lift amount, and the valve lift is reduced and the valve opening time is also shortened. At this time, the second high-speed rocker arm 37H contacting the high-speed intake cam 34H2Moves idly while expanding and contracting the lost motion spring 68.
[0059]
On the other hand, when the engine E operates at high speed, the two low-speed second rocker arms 37L are moved by moving the two pistons 69 and 70 to the operating positions.2, 37L2And one high-speed second rocker arm 37H2Are combined together. As a result, each intake valve 21 is driven by a high-speed intake cam 34H having a large lift amount, the valve lift becomes large, and the valve opening time becomes long. At this time, each low speed intake cam 34L is connected to the low speed second rocker arm 37L.2It moves away from the air.
[0060]
Next, a third embodiment of the present invention in which another variable valve lift / timing mechanism is employed in the valve operating device will be described with reference to FIGS.
[0061]
28 to 30 show the first cylinder 6.11 shows a valve operating apparatus. The camshaft 13 is provided with one exhaust cam 39, and a low-speed intake cam 34L and a high-speed intake cam 34H located on both sides thereof. First rocker shaft 311The first rocker arm 37 having a bifurcated tip1And the first low-speed swing arm 32L located on both sides thereof1And high-speed first swing arm 32H1Are pivotably supported.
[0062]
First rocker arm 371When the roller 38 provided at one end abuts on the exhaust cam 39 and swings, the stem 41 of each exhaust valve 22 is pressed at the other end of the fork to open and close the exhaust valve 22. First swing arm 32L for low speed1Swings by causing a slipper 71 provided on the upper surface of the intermediate portion to abut against the low-speed intake cam 34L, and its tip abuts against the stem 36 of one intake valve 21. First swing arm 32H for high speed1The slipper 72 provided on the upper surface of the intermediate portion contacts the high-speed intake cam 34H, and the tip thereof contacts the stem 36 of the other intake valve 21. First swing arm 32L for low speed1And high-speed first swing arm 32H1Can be coupled / separated from each other by a piston 73 that is movable in the axial direction by hydraulic pressure.
[0063]
Thus, when the engine E is operating at low speed, the first swing arm 32L for low speed is moved by moving the piston 73 to the inoperative position.1And high-speed first swing arm 32H1And disconnect. As a result, one of the intake valves 21 is driven by the low-speed intake cam 34L with a small lift amount, and the valve lift is reduced and the valve opening time is also shortened. The other intake valve 21 is driven by a high-speed intake cam 34H having a large lift amount, and the valve lift becomes large and the valve opening time becomes long.
[0064]
On the other hand, when the engine E is operating at high speed, the low-speed first swing arm 32L is moved by moving the piston 73 to the operating position.1And high-speed first swing arm 32H1Are combined together. As a result, both the intake valves 21 and 21 are driven by the high-speed intake cam 34H having a large lift amount, the valve lift becomes large, and the valve opening time becomes long. At this time, the low speed intake cam 34L is connected to the low speed first swing arm 32L.1It moves away from the air.
[0065]
31 to 33 show the second cylinder 621 shows a valve operating apparatus. The camshaft 13 is provided with two exhaust cams 39, 39, and a low-speed intake cam 34L and a high-speed intake cam 34H located inside thereof. Second rocker shaft 312Two second swing arms 322, 322And the second low-speed rocker arm 37L located inside them2And high-speed second rocker arm 37H2Are pivotably supported.
[0066]
Each second swing arm 322When the roller 74 provided on the upper surface of the intermediate portion abuts on the exhaust cam 39 and swings, the stem 41 of the exhaust valve 22 is pressed at its tip to drive the exhaust valve 22 to open and close. Low speed second rocker arm 37L2Swings by causing the slipper 75 provided at one end thereof to abut against the low-speed intake cam 34L and the other end contacts the stem 36 of one intake valve 21. High speed second rocker arm 37H2The roller 38 provided at one end contacts the high-speed intake cam 34H, and the other end contacts the stem 36 of the other intake valve 21. First swing arm 32L for low speed1And high-speed first swing arm 32H1Can be coupled / separated from each other by a piston 76 that can move in the axial direction hydraulically.
[0067]
Thus, when the engine E is operating at a low speed, the second rocker arm 37L for low speed is moved by moving the piston 76 to the inoperative position.2And second high-speed rocker arm 37H2And disconnect. As a result, one of the intake valves 21 is driven by the low-speed intake cam 34L with a small lift amount, and the valve lift is reduced and the valve opening time is also shortened. The other intake valve 21 is driven by a high-speed intake cam 34H having a large lift amount, and the valve lift becomes large and the valve opening time becomes long.
[0068]
On the other hand, when the engine E is operating at high speed, the low speed second rocker arm 37L is moved by moving the piston 76 to the operating position.2And second high-speed rocker arm 37H1Are combined together. As a result, both the intake valves 21 and 21 are driven by the high-speed intake cam 34H having a large lift amount, the valve lift becomes large, and the valve opening time becomes long. At this time, the low speed intake cam 34L is connected to the low speed second rocker arm 37L.1It moves away from the air.
[0069]
As mentioned above, although the Example of this invention was explained in full detail, this invention can perform a various design change in the range which does not deviate from the summary.
[0072]
【The invention's effect】
  As aboveClaim1According to the invention described inA first cylinder having an axis that is offset to the crankshaft rotation direction advance side with respect to the crankshaft axis; a second cylinder having an axis that is offset to the crankshaft rotation direction delay side with respect to the crankshaft axis; A first piston slidably fitted to the cylinder, a second piston slidably fitted to the second cylinder, a first connecting rod for connecting the first piston to the crankshaft, and a crank for the second piston With a second connecting rod connected to the shaftIn the offset piston engine, the first piston pin that pivotally supports the first piston on the small end of the first connecting rod is offset from the center of the first piston toward the crankshaft rotation direction, and the second piston is Since the second piston pin pivotally supported on the small end of the connecting rod is offset toward the crankshaft rotation direction delay side with respect to the center of the second piston, the connecting rod is used in the compression stroke or the expansion stroke in which a large compressive force acts on the connecting rod. When the piston is greatly inclined, a moment around the piston pin is applied to the first and second pistons by the compressive force so that the skirt portion of the piston side wall is further pressed against the cylinder side wall, and the skirt portion having low rigidity is deformed. Dispersing the thrust force It can be. In this way, the thrust force is distributed and received at the skirt portion of the piston side wall, which is sufficiently supplied with lubricating oil at a relatively low temperature, thereby reliably preventing seizure between the piston and the cylinder and improving seizure resistance. At the same time, fuel consumption can be reduced by reducing the frictional force.
[0073]
  Moreover,The closing timing of the intake valve of the first cylinder is delayed from the closing timing of the intake valve of the second cylinder.In addition, the opening timing of the exhaust valve of the first cylinder is delayed from the opening timing of the exhaust valve of the second cylinder.BecauseOf the structureDifference in intake stroke length between the first and second cylinders in an offset piston engineAnd exhaust stroke length differenceThe,Intake valveClosing timing and exhaust valveCompensation is performed by setting the valve opening timing, and the output difference between the first and second cylinders can be reduced to avoid the occurrence of torque fluctuation.
[0074]
  And claims2According to the invention described in the above, the valve lift of the intake valve of the first cylinder is set smaller than the valve lift of the intake valve of the second cylinder.In addition, the valve lift of the exhaust valve of the first cylinder is set larger than the valve lift of the exhaust valve of the second cylinder.As a result, the intake valves of the first and second cylindersAnd each of the exhaust valveThe difference in the valve lift time area or the total valve effective opening area can be reduced to further reduce the output difference between the first and second cylinders, and the occurrence of torque fluctuation can be avoided more effectively.
  According to the invention described in claim 3, since the plurality of first and second cylinders are arranged in a staggered manner in the same cylinder block as viewed from the cylinder head, they are arranged in the axial direction of the engine crankshaft. The dimension can be shortened compared to a plurality of cylinders arranged in series, and the dimension in the direction orthogonal to the crankshaft axis of the engine can be reduced compared to a cylinder arranged in a V shape. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a front view of an engine (viewed in one direction arrow in FIG. 2).
2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG.
3 is a sectional view taken along line 3-3 in FIG.
4 is a sectional view taken along line 4-4 of FIG.
5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 of FIG.
6 is a sectional view taken along line 6-6 in FIG.
7 is a cross-sectional view taken along line 7-7 in FIG.
8 is an enlarged sectional view taken along line 8-8 in FIG.
9 is a cross-sectional view taken along line 9-9 of FIG.
10 is a sectional view taken along line 10-10 in FIG.
11 is a perspective view of a cylinder block taken along line 11-11 in FIG.
FIG. 12 is a perspective view of a cylinder block.
FIG. 13 is a view showing a modification of the breather chamber
FIG. 14 is a diagram illustrating the operation of the first cylinder
FIG. 15 is an explanatory diagram of the operation of the second cylinder.
FIG. 16 is a graph showing the thrust force of a piston
FIG. 17 is a diagram for explaining the crank angle of each stroke of the engine
FIG. 18 is a diagram showing a phase of a crankpin corresponding to each cylinder.
FIG. 19 is a graph showing valve timing.
FIG. 20 is an explanatory diagram of a valve lift time area calculation method.
FIG. 21 is a diagram showing a relationship between a valve lift and a valve effective opening area.
FIG. 22 is a plan view of the valve operating apparatus for the first cylinder according to the second embodiment.
23 is a cross-sectional view taken along line 23-23 in FIG.
24 is a cross-sectional view taken along line 24-24 in FIG.
FIG. 25 is a plan view of the valve operating device for the second cylinder according to the second embodiment.
26 is a cross-sectional view taken along the line 26-26 in FIG.
27 is a sectional view taken along line 27-27 in FIG.
FIG. 28 is a plan view of the valve operating apparatus for the first cylinder according to the third embodiment.
29 is a cross-sectional view taken along line 29-29 in FIG. 28.
30 is a cross-sectional view taken along line 30-30 in FIG.
FIG. 31 is a plan view of a valve operating apparatus for a second cylinder according to a third embodiment.
32 is a sectional view taken along line 32-32 in FIG. 31;
33 is a cross-sectional view taken along line 33-33 of FIG.
[Explanation of symbols]
1 Crankshaft
61        First cylinder (cylinder)
62        Second cylinder (cylinder)
71        1st piston (piston)
72        Second piston (piston)
81        First connecting rod (connecting rod)
82        Second connecting rod (connecting rod)
91        1st piston pin (piston pin)
92        Second piston pin (piston pin)
21 Intake valve
Lc1      1st cylinder axis (axis)
Lc2      Second cylinder axis (axis)
Ls Crankshaft axis (axis)

Claims (3)

ランクシャフト(1)と、クランクシャフト(1)の軸線(Ls)に対してクランクシャフト回転方向進み側にオフセットした軸線(Lc1 )を有する第1シリンダ(61 )と、クランクシャフト(1)の軸線(Ls)に対してクランクシャフト回転方向遅れ側にオフセットした軸線(Lc2 )を有する第2シリンダ(62 )と、第1シリンダ(61 )に摺動自在に嵌合する第1ピストン(71 )と、第2シリンダ(62 )に摺動自在に嵌合する第2ピストン(72 )と、第1ピストン(71 )をクランクシャフト(1)に接続する第1コネクティングロッド(81 )と、第2ピストン(7)をクランクシャフト(1)に接続する第2コネクティングロッド(82 )とを備えたオフセットピストンエンジンにおいて、
第1ピストン(71 )を第1コネクティングロッド(81 )のスモールエンドに枢支する第1ピストンピン(91 )を、第1ピストン(71 )の中心に対して前記クランクシャフト回転方向進み側にオフセットするとともに、第2ピストン(62 )を第2コネクティングロッド(82 )のスモールエンドに枢支する第2ピストンピン(92 )を、第2ピストン(72 )の中心に対して前記クランクシャフト回転方向遅れ側にオフセットし、
第1シリンダ(6 1 )の吸気バルブ(21)の閉弁時期を第2シリンダ(6 2 )の吸気バルブ(21)の閉弁時期よりも遅らせると共に、第1シリンダ(6 1 )の排気バルブ(22)の開弁時期を第2シリンダ(6 2 )の排気バルブ(22)の開弁時期よりも遅らせたことを特徴とする、オフセットピストンエンジン。
Click the crankshafts (1), the axis of the crankshaft (1) and the axis that is offset to the crankshaft rotation direction leading side with respect to (Ls) (Lc 1) the first cylinder having a (6 1), a crankshaft (1 ) Is slidably fitted to the second cylinder (6 2 ) having an axis (Lc 2 ) offset to the crankshaft rotation direction delay side with respect to the axis (Ls) of the first cylinder (6 1 ). A first piston (7 1 ), a second piston (7 2 ) slidably fitted to a second cylinder (6 2 ), and a first piston (7 1 ) connected to the crankshaft (1) In an offset piston engine comprising a connecting rod (8 1 ) and a second connecting rod (8 2 ) connecting the second piston (7) to the crankshaft (1),
The first piston pin (9 1 ) pivotally supporting the first piston (7 1 ) on the small end of the first connecting rod (8 1 ) is rotated in the crankshaft rotation direction with respect to the center of the first piston (7 1 ). with offsetting leading side, a second piston (6 2) a second piston pin (9 2) pivotally supporting the small end of the second connecting rod (82), the center of the second piston (7 2) On the other hand, the crankshaft rotation direction is offset to the delay side ,
With delayed than the valve closing timing of the intake valve (21) of the first cylinder (6 1) closing timing of the second cylinder of the intake valve (21) (6 2), the first exhaust valve of the cylinder (61) An offset piston engine characterized in that the opening timing of (22) is delayed from the opening timing of the exhaust valve (22) of the second cylinder (6 2 ) .
第1シリンダ(61 )の吸気バルブ(21)のバルブリフトを第2シリンダ(62 )の吸気バルブ(21)のバルブリフトよりも小さく設定すると共に、第1シリンダ(6 1 )の排気バルブ(22)のバルブリフトを第2シリンダ(6 2 )の排気バルブ(22)のバルブリフトよりも大きく設定したことを特徴とする、請求項記載のオフセットピストンエンジン。 While smaller than the valve lift of the first cylinder (6 1) second cylinder valve lift of the intake valve (21) of the intake valve (21) (6 2), the first exhaust valve of the cylinder (61) characterized by being larger than the valve lift of the exhaust valve of the valve lift (22) the second cylinder (6 2) (22), the offset piston engine according to claim 1, wherein. 同一のシリンダブロック(2)に、各々複数の第1及び第2シリンダ(6In the same cylinder block (2), a plurality of first and second cylinders (6 1 1 ,6, 6 2 2 )が、シリンダヘッド(3)から見て千鳥状に並列配置されることを特徴とする、請求項1又は2に記載のオフセットピストンエンジン。The offset piston engine according to claim 1 or 2, characterized in that they are arranged in a staggered manner as viewed from the cylinder head (3).
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