JP6409476B2 - engine - Google Patents
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Description
本発明はエンジンに関し、更に詳しくは、ピストンの移動速度を圧縮上死点の近傍で遅くすることで燃費に有利な高等容度の燃焼を可能にした駆動機構を備えるとともに、部品の増加による機械損失を抑制しつつ、振動の発生を低減することができるエンジンに関する。 The present invention relates to an engine. More specifically, the present invention includes a drive mechanism that enables high-capacity combustion that is advantageous for fuel efficiency by slowing down the moving speed of a piston in the vicinity of compression top dead center, and a machine with increased parts. The present invention relates to an engine capable of reducing the occurrence of vibration while suppressing loss.
一般的に、レシプロエンジンにおいては、シリンダ内を往復動するピストンの移動速度を圧縮上死点近傍で遅くすることにより、燃費に有利な高等容度の燃焼が可能になる。ここで、等容度とは、上死点で等容燃焼したときの熱効率を1とした場合の実際の図示熱効率割合をいう。 In general, in a reciprocating engine, by reducing the moving speed of a piston that reciprocates in a cylinder in the vicinity of the compression top dead center, high-capacity combustion that is advantageous for fuel efficiency can be performed. Here, the equal volume refers to the actual illustrated thermal efficiency ratio when the thermal efficiency when equal volume combustion at top dead center is 1.
このようなピストンの移動速度を可変にする技術として、ピストンピンとクランクピンとをマルチリンク機構によって連結した機関や装置が提案されている(例えば、特許文献1、2を参照)。 As a technique for making the moving speed of the piston variable, an engine or an apparatus in which a piston pin and a crank pin are connected by a multi-link mechanism has been proposed (for example, see Patent Documents 1 and 2).
しかしながら、上記の特許文献1、2記載の技術では、ピストンピンとクランクピンとをコンロッドで連結するような一般的なエンジンよりも部品点数が増加するため、構造が複雑になるという問題がある。また、特許文献2に記載の装置では、マルチリンク機構を構成する揺動節(スイングアーム)の一端を固定しているため、揺動節が固定されていないリンク機構に比べ、クランク部の回転によって生じる慣性力の変動が大きくなるおそれがある。 However, the techniques described in Patent Documents 1 and 2 have a problem in that the structure is complicated because the number of parts increases as compared with a general engine in which a piston pin and a crankpin are connected by a connecting rod. Further, in the device described in Patent Document 2, since one end of a swinging node (swing arm) constituting the multi-link mechanism is fixed, the rotation of the crank portion is compared with a link mechanism in which the swinging node is not fixed. There is a possibility that the fluctuation of the inertial force caused by the
このような問題を解決するため、発明者は、図1に示すような、遊星歯車を利用することで、ピストンの移動速度を圧縮上死点の近傍で遅くする駆動機構を備えたエンジンを考案した。 In order to solve such a problem, the inventor has devised an engine having a drive mechanism that slows the moving speed of the piston near the compression top dead center by using a planetary gear as shown in FIG. did.
この駆動機構1は、ピストン2の往復動を出力軸3の回転駆動力として出力するものであり、往復動部4と、遊星歯車部5と、それら往復動部4と遊星歯車部5とを連結する直線動変換部6とから構成されている。
This drive mechanism 1 outputs the reciprocating motion of the piston 2 as the rotational driving force of the
往復動部4は、中空円筒状のシリンダ7と、そのシリンダ7内を往復動自在なピストン2とを備えている。
The reciprocating unit 4 includes a hollow
遊星歯車部5は、出力軸3と同軸であって回転不能に固定された一対の円環状の内歯車8a、8bと、それらの内歯車8a、8bとそれぞれ噛合する一対の遊星歯車9a、9bと、一方の遊星歯車9aの側面に同軸に固定された第1出力外歯車10と、出力軸3に同軸に設けられて第1出力外歯車10と噛合する第2出力外歯車11とを備えている。これらの第1出力外歯車10及び第2出力外歯車11は、太陽歯車を構成している。また、遊星歯車9a、9bの対向する側面における軸心から離間(オフセット)した位置には、出力軸3と平行に伸びるクランクピン12が固定されている。
The planetary gear unit 5 is a pair of annular
直線動変換部6は、第1及び第2コンロッド13、14と、内歯車8a、8bの軸心と平行に延びるガイドシャフト15と、ガイドシャフト15の両端部をピストン2の移動方向に直線動自在に支持するシャフトガイド部材16とを備えている。
The linear motion conversion unit 6 linearly moves the first and second connecting
往復動部4と直線動変換部6とは、第1コンロッド13を介して接続されている。この第1コンロッド13の一端部は、ピストンピン17を介してピストン2に回転自在に軸支される一方で、他端部をガイドシャフト15によって回転自在に軸支されている。
The reciprocating unit 4 and the linear motion converting unit 6 are connected via a
また、遊星歯車部5と直線動変換部6とは、第2コンロッド14を介して接続されている。この第2コンロッド14は、一端部をガイドシャフト15によって回転自在に軸支される一方で、他端部をクランクピン12によって回転自在に軸支されている。
The planetary gear unit 5 and the linear motion conversion unit 6 are connected via a second connecting
クランクピン12がオフセットされる位置は、ピストン2が上死点又は下死点にある時に内歯車8a、8bの軸心と最も近くなり、ピストン2が上死点と下死点との中間位置にある時に内歯車8a、8bの軸心から最も離れる位置である。
The position where the
この駆動機構1における各構成部材の寸法条件は、次の(1)式及び(2)式を満たしている。
Rm<Rm+Rd<Rc(=2×Rm) (1)
0<Rs、Rm+Rd+Rs<Rc(=2×Rm) (2)
The dimensional condition of each constituent member in the drive mechanism 1 satisfies the following expressions (1) and (2).
Rm <Rm + Rd <Rc (= 2 × Rm) (1)
0 <Rs, Rm + Rd + Rs <Rc (= 2 × Rm) (2)
ここで、Rcは内歯車8a、8bの半径を、Rmは遊星歯車9a、9bの半径を、Rdは遊星歯車9a、9bの軸心とクランクピン12の軸心とのオフセット量を、Roは第1出力外歯車10の半径を、Rsはクランクピン12の半径を、それぞれ示す。
Here, Rc is the radius of the
また、第1コンロッド13の軸方向長さは、第2コンロッド14の軸方向長さの2倍に設定されることが好ましい。また、内歯車8a、8bと遊星歯車9a、9bとの歯数比は、2:1にすることが好ましい。
Further, the axial length of the first connecting
上記の駆動機構1では、図2に示すように、ピストンピン17、出力軸3及びガイドシャフト15は、第1コンロッド13に平行に延びる垂直軸上を移動する。そして、クランクピン12が遊星歯車9a、9bと一体となって内歯車8a、8bの軸心まわりを自転しながら公転すると、その公転軌道はピストン2が上死点と下死点との中間位置にある時が長径となり、ピストン2が上死点又は下死点にある時が短径となる楕円軌道Eとなる。つまり、クランクピン12の公転軌道が真円軌道を描く一般的なエンジンに比べて、ピストン2の圧縮上死点の近傍の移動速度を遅くすることが可能になって、圧縮上死点でピストン2の頂面に爆発力が効果的に作用するので、燃費に有利な高等容度の燃焼を実現できるのである。
In the drive mechanism 1, as shown in FIG. 2, the
しかしながら、このような駆動機構1を備えたエンジンでは、振動の発生を抑制するためにバランスウェイトを設置すると、部品の増加による機械損失が発生してしまうという問題がある。 However, an engine equipped with such a drive mechanism 1 has a problem that mechanical loss due to an increase in parts occurs when a balance weight is installed to suppress the occurrence of vibration.
本発明の目的は、ピストンの移動速度を圧縮上死点の近傍で遅くすることで燃費に有利な高等容度の燃焼を可能にした駆動機構を備えるとともに、部品の増加による機械損失を抑制しつつ、振動の発生を低減することができるエンジンを提供することにある。 The object of the present invention is to provide a drive mechanism that enables high-capacity combustion advantageous in fuel efficiency by slowing the moving speed of the piston in the vicinity of the compression top dead center, and suppresses mechanical loss due to an increase in parts. An object of the present invention is to provide an engine that can reduce the occurrence of vibrations.
上記の目的を達成する本発明のエンジンは、第1コンロッドの一端部で回転自在に軸支されてシリンダ内を往復動するピストンと、駆動機構と、を有するエンジンにおいて、前記駆動機構は、内歯車と、前記内歯車と噛合する遊星歯車と、前記遊星歯車と噛合して出力軸に動力を伝達する太陽歯車と、前記遊星歯車の側面における該遊星歯車の軸心から離間した位置で第2コンロッドの一端部を回転自在に軸支するクランクピンとを有する遊星歯車部と、直線動変換部と、を備え、前記直線動変換部は、前記第1コンロッド及び前記第2コンロッドと、前記第1コンロッド及び前記第2コンロッドの他端部を回転自在に軸支するガイドシャフトと、前記ガイドシャフトを前記ピストンの往復動方向に直線動自在に支持するシャフトガイド部材と、を有し、前記クランクピンが前記遊星歯車と一体となって前記内歯車の軸心まわりを自転しながら公転すると、前記クランクピンの公転軌道が、前記ピストンが上死点と下死点との中間位置になる時が長径となり、前記ピストンが前記上死点又は前記下死点にある時が短径となる楕円軌道となり、一対の前記駆動機構を、一対の前記シリンダが同軸であってかつ一対の前記ピストンの頂面がそれぞれ外側又は内側を向くようにして配置するとともに、一対の前記出力軸と平行に延びる共通出力軸を設け、一対の前記出力軸と前記共通出力軸とを、前記ピストンの行程を同期させる回転同期手段を介して接続したことを特徴とするものである。 An engine of the present invention that achieves the above object is an engine having a piston that is rotatably supported at one end of a first connecting rod and reciprocates in a cylinder, and a drive mechanism . A gear, a planetary gear meshing with the internal gear, a sun gear meshing with the planetary gear and transmitting power to the output shaft, and a second side at a position away from the axis of the planetary gear on the side of the planetary gear . comprising a planetary gear unit having a crank pin for rotatably supported an end of the connecting rod, and a linear motion conversion portion, the linear motion converting part includes a first connecting rod and the second connecting rod, said first A guide shaft that rotatably supports the other ends of the first connecting rod and the second connecting rod, and a shaft guide member that supports the guide shaft so as to be linearly movable in the reciprocating direction of the piston. And the crankpin revolves around the axis of the internal gear together with the planetary gear, and the revolving orbit of the crankpin has a top dead center and a bottom dead center. An elliptical orbit having a long diameter when the piston is at the top dead center or the bottom dead center, and a pair of the cylinders are coaxial. And while arrange | positioning so that the top surface of a pair of said piston may face an outer side or an inner side, respectively, providing a common output shaft extended in parallel with a pair of said output shaft, a pair of said output shaft and said common output shaft, The pistons are connected via rotation synchronizing means for synchronizing the strokes of the pistons.
本発明のエンジンによれば、一対の駆動機構におけるピストンの往復動に伴う慣性力を、バランスウェイトを増加させることなく、一対のピストン同士を対向配置することで打ち消し合わせるようにしたので、部品の増加による機械損失を抑制しつつ、振動の発生を低減することができる。 According to the engine of the present invention, the inertial force accompanying the reciprocating motion of the pistons in the pair of drive mechanisms is canceled out by placing the pair of pistons facing each other without increasing the balance weight. Generation of vibration can be reduced while suppressing mechanical loss due to the increase.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図3は、本発明の実施形態からなるエンジンを示す。なお、これ以降の図面においては、図1と同一の箇所には同一の符号(A、B文字を除く)を付し、その説明を省略する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 3 shows an engine according to an embodiment of the present invention. In the subsequent drawings, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals (excluding A and B characters), and the description thereof is omitted.
このエンジンは、図1に示す駆動機構1を偶数備えており、一対の駆動機構1A、1B同士を、シリンダ7A、7Bが同軸であってかつ一対のピストン2A、2Bの頂面がそれぞれ外側を向くようにして配置したものである。また、一対の出力軸3A、3B間に、それらの出力軸3A、3Bと平行に延びるとともに、一対の第1コンロッド13A、13Bに平行に延びる垂直軸上に軸心が位置する共通出力軸18を設けている。更に、一対の出力軸3A、3Bと共通出力軸18とは、ピストン2A、2Bの行程を同期させる回転同期手段19を介して接続している。つまり、一対の出力軸3A、3B及び共通出力軸18は、同一の方向に回転するとともに、出力軸3A、3B同士は共通出力軸18に対して対称に回転する。
This engine is provided with an even number of drive mechanisms 1 shown in FIG. 1, and a pair of
この回転同期手段19は、一対の出力軸3A、3Bと共通出力軸18とに掛け回された無端状のチェーン又はベルト20から構成されている。
The rotation synchronizing means 19 is composed of an endless chain or
なお、回転同期手段19は、図4に示すように、出力軸3A、3Bのそれぞれと共通出力軸18とに噛合する平歯車21A、21Bから構成することもできる。この平歯車21A、21Bの枚数は、図4の例のように、出力軸3A、3Bと共通出力軸18との間に1枚ずつに限るものではなく、2枚以上としても良い。
As shown in FIG. 4, the rotation synchronization means 19 can also be constituted by spur gears 21 </ b> A and 21 </ b> B that mesh with the
このように一対の駆動機構1A、1Bを配置することで、一対のピストン2A、2Bの往復動により慣性力が打ち消し合わされるので、部品の増加による機械損失を抑制しつつ、振動の発生を低減することができるのである。また、一対の駆動機構1A、1Bの出力が共通出力軸18に共通化されるので、車両などへの適用が容易になる。
By arranging the pair of
図5は、本発明の別の実施形態からなるエンジンを示す。 FIG. 5 shows an engine according to another embodiment of the present invention.
このエンジンは、一対の駆動機構1A、1B同士を、シリンダ7A、7Bが同軸であってかつ一対のピストン2A、2Bの頂面がそれぞれ内側を向くようにして配置したものである。
In this engine, a pair of
このように一対の駆動機構1A、1Bを配置することによっても、上記の実施形態と同様の効果を奏することができる。
By arranging the pair of
なお、4台以上の偶数台の駆動機構1を有するエンジンの場合には、一対の駆動機構1A、1Bを同一の共通出力軸18に沿って平行に複数配置する。
In the case of an engine having four or more even number of drive mechanisms 1, a plurality of pairs of drive mechanisms 1 </ b> A and 1 </ b> B are arranged in parallel along the same
1、1A、1B 駆動機構
2 ピストン
3 出力軸
7 シリンダ
8a、8b 内歯車
9a、9b 遊星歯車
10 第1出力外歯車
11 第2出力外歯車
18 共通出力軸
19 回転同期手段
20 チェーン又はベルト
21A、21B 平歯車
1, 1A, 1B Drive mechanism 2
Claims (2)
駆動機構と、を有するエンジンにおいて、
前記駆動機構は、内歯車と、前記内歯車と噛合する遊星歯車と、前記遊星歯車と噛合して出力軸に動力を伝達する太陽歯車と、前記遊星歯車の側面における該遊星歯車の軸心から離間した位置で第2コンロッドの一端部を回転自在に軸支するクランクピンとを有する遊星歯車部と、直線動変換部と、を備え、
前記直線動変換部は、前記第1コンロッド及び前記第2コンロッドと、前記第1コンロッド及び前記第2コンロッドの他端部を回転自在に軸支するガイドシャフトと、前記ガイドシャフトを前記ピストンの往復動方向に直線動自在に支持するシャフトガイド部材と、を有し、
前記クランクピンが前記遊星歯車と一体となって前記内歯車の軸心まわりを自転しながら公転すると、前記クランクピンの公転軌道が、前記ピストンが上死点と下死点との中間位置になる時が長径となり、前記ピストンが前記上死点又は前記下死点にある時が短径となる楕円軌道となり、
一対の前記駆動機構を、一対の前記シリンダが同軸であってかつ一対の前記ピストンの頂面がそれぞれ外側又は内側を向くようにして配置するとともに、一対の前記出力軸と平行に延びる共通出力軸を設け、
一対の前記出力軸と前記共通出力軸とを、前記ピストンの行程を同期させる回転同期手段を介して接続したことを特徴とするエンジン。 A piston that is rotatably supported at one end of the first connecting rod and reciprocates in the cylinder;
An engine having a drive mechanism;
The drive mechanism includes an internal gear, a planetary gear that meshes with the internal gear, a sun gear that meshes with the planetary gear and transmits power to an output shaft, and an axis of the planetary gear on a side surface of the planetary gear. comprising a planetary gear unit having a crank pin for rotatably supported an end of the second connecting rod at spaced locations, and a linear motion conversion portion,
The linear motion converter includes the first connecting rod and the second connecting rod, a guide shaft that rotatably supports the other end of the first connecting rod and the second connecting rod, and a reciprocating movement of the guide shaft with the piston. A shaft guide member that is linearly movable in the moving direction, and
When the crankpin revolves around the axis of the internal gear together with the planetary gear and revolves, the revolving orbit of the crankpin becomes an intermediate position between the top dead center and the bottom dead center. When the major axis is an ellipse orbit, the piston is at the top dead center or the bottom dead center when the minor axis is the minor axis,
A pair of the drive mechanisms are arranged such that the pair of cylinders are coaxial and the top surfaces of the pair of pistons face outward or inward, respectively, and a common output shaft extending in parallel with the pair of output shafts Provided,
An engine characterized in that a pair of the output shaft and the common output shaft are connected via rotation synchronization means for synchronizing the stroke of the piston.
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