JP6981929B2 - Internal combustion engine - Google Patents
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Description
本発明は、内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine.
特許文献1には、1つのシリンダー内に、大ピストンと少ピストンとを備え、膨張行程における燃焼容積の変化特性を変更可能とした内燃機関が示されている。具体的には、大ピストンの内側にさらにシリンダーが設けられ、そのシリンダー内を摺動可能に小ピストンが配置される。大ピストンに連結されるコンロッドに摺動可能なカムが設けられ、大ピストンの上下運動によって、カムが左右に揺動し、小ピストンが大ピストンのシリンダー内を上下に駆動される。
上記内燃機関では、小ピストンの動きによって、膨張行程の前半で燃焼室容積の増加率を低下させ、後半で燃焼室容積の増加率を高める動作が行われる。これによって、膨張行程の後半における後燃えによる緩慢な熱発生を有効な仕事に変換し、熱効率を向上させる効果が得られる。 In the internal combustion engine, the movement of the small piston reduces the rate of increase in the combustion chamber volume in the first half of the expansion stroke, and increases the rate of increase in the combustion chamber volume in the latter half. As a result, the slow heat generation due to post-combustion in the latter half of the expansion stroke is converted into effective work, and the effect of improving the thermal efficiency can be obtained.
しかし、上記従来の内燃機関は、単に膨張行程における燃焼室容積の増加率を変更するものであり、圧縮比を変更可能なものではない。したがって、圧縮比を変更可能として熱効率をさらに向上させる余地がある。 However, the conventional internal combustion engine simply changes the rate of increase in the combustion chamber volume in the expansion stroke, and cannot change the compression ratio. Therefore, there is room to further improve the thermal efficiency by making the compression ratio changeable.
上述した従来の欠点に鑑み、本発明の目的は、1つの気筒内に2つのピストンを配置して圧縮比を変更可能とし、熱効率を向上されることができる内燃機関を提供することを目的とする。 In view of the above-mentioned conventional drawbacks, an object of the present invention is to provide an internal combustion engine capable of arranging two pistons in one cylinder to change the compression ratio and improving thermal efficiency. do.
上記目的を達成するために、本発明は、大シリンダー内に摺動自在に配設され、小シリンダーを有する大ピストンと、該大ピストンとクランクシャフトのクランクピンを接続する大コンロッドと、前記小シリンダー内に摺動自在に配設される小ピストンと、該小ピストンと前記大コンロッドを接続する小コンロッドと、前記クランクシャフトのクランクアームに設けられ、前記小コンロッドに当接し、前記大コンロッドに対して前記小コンロッドの位置を変更する当接体と、該当接体の移動軌跡を案内するガイドと、を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention has a large piston slidably arranged in a large cylinder and having a small cylinder, a large connecting rod connecting the large piston and the crankpin of the crankshaft, and the small. A small piston slidably arranged in a cylinder, a small connecting rod connecting the small piston and the large connecting rod, and a small conrod provided on the crank arm of the crankshaft, abutting on the small conrod and contacting the large connecting rod. On the other hand, it is characterized by including an abutting body that changes the position of the small connecting rod and a guide that guides the movement locus of the corresponding contact body.
上記構成において、前記当接体の移動軌跡の一部において前記ガイドが当接しても良い。 In the above configuration, the guide may abut on a part of the movement locus of the abutting body.
また、上記構成において、前記当接体と前記ガイドとの当接開始位置を変更可能としても良い。 Further, in the above configuration, the contact start position between the contact body and the guide may be changed.
上記構成において、前記当接体の前記ガイドとの当接部位が、前記当接体の端部に設けても良い。 In the above configuration, the contact portion of the contact body with the guide may be provided at the end of the contact body.
また、上記構成において、前記当接体は棒状部材であり、前記当接体の前記ガイドとの前記当接部位と反対側の端部は、前記クランクアームに揺動自在に枢支されても良い。 Further, in the above configuration, the contact body is a rod-shaped member, and the end portion of the contact body opposite to the contact portion with the guide may be pivotally supported by the crank arm. good.
上記構成において、前記当接体は、前記小コンロッドに当接する第1の当接部と、前記ガイドに当接する第2の当接部と、前記第1の当接部と、前記第2の当接部とを接続するロッド部とを備え、該ロッド部は、前記クランクアームを貫通して支持され、前記クランクアーム内を一定範囲で摺動可能としても良い。 In the above configuration, the contact body includes a first contact portion that contacts the small connecting rod, a second contact portion that contacts the guide, the first contact portion, and the second contact portion. A rod portion connecting to the abutting portion may be provided, and the rod portion may be supported by penetrating the crank arm and slidable in the crank arm within a certain range.
また、上記構成において、前記ガイドは、前記クランクアームの上死点に達するまでに前記当接体を案内する第1のガイド面と、前記クランクアームの上死点より後に前記当接体を案内する第2のガイド面と、を有し、該第2のガイド面から前記当接体が受ける反力により、前記クランクアームに駆動力を発生させても良い。 Further, in the above configuration, the guide guides the first guide surface for guiding the abutting body before reaching the top dead center of the crank arm, and the abutting body after the top dead center of the crank arm. A second guide surface may be provided, and a driving force may be generated in the crank arm by a reaction force received by the abutting body from the second guide surface.
本発明によれば、1つの気筒内に2つのピストンを配置して圧縮比を変更可能とし、熱効率を向上する内燃機関を提供できる。 According to the present invention, it is possible to provide an internal combustion engine in which two pistons are arranged in one cylinder so that the compression ratio can be changed and the thermal efficiency is improved.
以下、図面を参照して本発明を説明する。
まず、本発明の第1の実施形態にかかる内燃機関1の全体構成について図1から図4を用いて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態にかかる内燃機関1の要部の構成を示す部分断面図であり、図2は同じく内燃機関1の要部の構成を示す部分断面側面図である。図3はプッシュアーム10とガイド11の構成を示す図であり、図4はプッシュアーム10による小コンロッド9の変位状態を示す図である。なお、図中、UPは上方を示す。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings.
First, the overall configuration of the
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing the configuration of a main part of the
内燃機関1は、大シリンダー2を有するシリンダブロック3と、シリンダブロック3の下部に装着されるクランクケース4を備える。大シリンダー2内には、大ピストン7が摺動自在に設けられており、大ピストン7には小シリンダー71が設けられている。そして、小シリンダー71には、小ピストン8が摺動自在に設けられている。
小ピストン8には小コンロッド9が接続しており、後述する当接体であるプッシュアーム10が当接することにより、小ピストン8の大ピストン7に対する位置を変更可能としている。なお、大シリンダー2と小シリンダー71は大ピストン7の上部において連通しており、大シリンダー2と小シリンダー71は、平行延出されて設けられている。
The
A
大ピストン7は、大コンロッド6により、クランクシャフト5に接続されており、クランクシャフト5は、燃焼室における燃料の爆発により、大ピストン7が大シリンダー2内を上下に往復動作することで、回転駆動可能に構成されている。なお、図1において、内燃機関1のクランクシャフト5は、回動方向Rに回動する。
クランクシャフト5は、クランクジャーナル51、クランクアーム52、クランクピン53およびカウンターウェイト54を備える。クランクジャーナル51はクランクシャフト5の回動軸となるものであり、クランクジャーナル51は、図示しないベアリングにより、シリンダブロック3およびクランクケース4に回動自在に支持される。
The
The
クランクアーム52は、クランクジャーナル51とクランクピン53とを接続するものであり、クランクジャーナル51と直交する方向に延出され、クランクピン53に接続する。クランクピン53には、大コンロッド6の基部6bが回動自在に連結されており、クランクピン53には、クランクアーム52によりクランクジャーナル51と一体的に接続されている。そして、クランクピン53は、クランクアーム52の回動により、クランクジャーナル51を回動中心とする円周上を移動する。
また、クランクシャフト5には、クランクアーム52の延出方向と逆方向にカウンターウェイト54が延出して設けられる。
The
Further, the
図2に示すように、大コンロッド6は、2つのブレード6aと基部6bにより構成される。2つのブレード6aは、上部においてそれぞれ、大ピストン7のピストンピン7aに接続されており、ブレード6aは、その下部において互いに繋がった状態で基部6bに接続する。ブレード6aおよび基部6bは共に、クランクシャフト5の回動軸と直交する方向に幅広に構成されている。
大コンロッド6の基部6bには、大コンロッド6の延出方向に沿って溝部61が設けられている。溝部61は、基部6bにおいて、クランクシャフト5の回動軸方向と直交する面にそれぞれ設けられている。そして、溝部61には小コンロッド9のローラー93が遊びを持った状態で挿入されており、ローラー93は、溝部61内を摺動可能に構成されている。
As shown in FIG. 2, the large connecting
The
小コンロッド9は、上部91、ケージ92、2つのローラー93、および2つの当接ローラー94により構成される。上部91の上端は小ピストン8に接続されており、上部91の下端はケージ92の上部に接続されている。また、上部91は大コンロッド6のブレード6a間に配置される。
The small connecting
小コンロッド9のケージ92は、トップビーム92a、2つの三角プレート92b、および2つのボトムビーム92cにより構成されている。トップビーム92aの上面中央部には上部91が接続しており、図1に示すように、トップビーム92aの両端は大コンロッド6のブレード6a間よりも外側に位置している。そして、トップビーム92aの両端には、三角プレート92bの上部がそれぞれ接続し、三角プレート92b間に大コンロッド6のブレード6aおよび基部6bが配置される。
なお、三角プレート92bは、図2に示すように、略二等辺三角形の形状に構成され、頂角部分でトップビーム92aに接続し、底辺部分で2つのボトムビーム92cにより接続される。そして、2つのボトムビーム92cは、大コンロッド6の基部6bを挟んで配置される。
The
As shown in FIG. 2, the
ケージ92のボトムビーム92cには、それぞれローラー93がケージ92の内側に回動自在に取り付けられ、ローラー93が大コンロッド6の溝部61に係合した状態となる。ローラー93の回転軸方向は、クランクシャフト5の回動軸方向に一致しており、大コンロッド6に対して小コンロッド9が摺動する際の抵抗を軽減している。これにより、小コンロッド9の下部は大コンロッド6の下部に摺動可能な状態で保持される。なお、ボトムビーム92cは大コンロッド6の幅方向に延出されており、ローラー93は、ボトムビーム92cの中央部に設けられる。
A
ケージ92の外側であって、ボトムビーム92cの外側面には、当接ローラー94がそれぞれ設けられている。図1に示すように、ケージ92において、ボトムビーム92cは、一方を下方に延出しており、下方に延出された部位に当接ローラー94が配置される。
そして、当接ローラー94は、ボトムビーム92cにおいて、ローラー93の配置位置に対して、オフセットして配置される。本実施形態において、当接ローラー94は、ボトムビーム92cの端部に配置されており、ローラー93に対して、クランクシャフト5の回動方向と逆方向にオフセットされている。これにより、当接ローラー94がケージ92より突出され、プッシュアーム10に当接可能に構成されている。
A
Then, the
プッシュアーム10は、クランクアーム52に揺動自在に設けられた棒状の部材である。そして、プッシュアーム10は、小コンロッド9の大コンロッド6に対する位置を規制するべく、小コンロッド9に当接する当接体である。
プッシュアーム10は、図3および図4に示すように、クランクシャフト5のクランクアーム52に、一定範囲で回動自在に設けられている。そして、プッシュアーム10の回動軸の方向は、クランクシャフト5の回動軸方向と一致している。
プッシュアーム10の一端には、枢支部10aが設けられている。枢支部10aには、図2に示すように、クランクアーム52およびクランクピン53を貫くピン10eが挿入されている。これにより、プッシュアーム10は、ピン10eを中心として、クランクアーム52に対して揺動自在に支持される。
プッシュアーム10は、ピン10eの両端にそれぞれ取り付けられ、ピン10eによりクランクアーム52に対し、揺動自在に枢支される。また、2つのプッシュアーム10は、大コンロッド6を挟むように配置される。
The
As shown in FIGS. 3 and 4, the
A
The
図2に示すように、プッシュアーム10の枢支部と反対側の先端部10bには、ガイドローラー10cが設けられている。プッシュアーム10の回動平面上には、小コンロッド9の当接ローラー94が位置しており、当接ローラー94が、プッシュアーム10に当接可能となっている。
As shown in FIG. 2, a
プッシュアーム10は、クランクアーム52の形状により回動範囲が一定範囲に規制される。図3に示すように、クランクアーム52には、第1規制面52aおよび第2規制面52bが設けられている。
プッシュアーム10の枢支部10aには突出部10dが延出しており、突出部10dが第1規制面52aに当接することにより、プッシュアーム10の時計方向への回動が規制される。そして、プッシュアーム10がガイドローラー10cと枢支部10a間において、第2規制面52bと当接することにより、プッシュアーム10の反時計方向への回動が規制される。
The rotation range of the
A
プッシュアーム10の移動軌跡は、シリンダブロック3に取り付けられたガイド11により案内される。プッシュアーム10はクランクアーム52の延出方向とプッシュアーム10の延出方向がなす角度である展開角度を変更することにより、移動軌跡が変更される。
プッシュアーム10のガイドローラー10cがガイド11に当接することにより、プッシュアーム10がクランクアーム52に対して回動される。
ガイド11は、ロッド11a、レール部11b、およびアクチュエーター11cにより構成される。ロッド11aの先端にはレール部11bが設けられている。ロッド11aはクランクジャーナル51側の端部を上方に向けて、クランクジャーナル51と直交する方向に配置されている。そして、レール部11bに設けた溝部11dにガイドローラー10cが導入されることにより、プッシュアーム10のクランクアーム52に対する回動位置が変更される。
The movement locus of the
When the
The
図3に示すように、ガイド11のアクチュエーター11cは、ロッド11aを摺動可能としており、アクチュエーター11cにより、レール部11bの位置が変更される。レール部11bの溝部11dは、円弧状の溝であり、溝部11dは近接するシリンダブロック側に凸となる形状である。そして、レール部11bの溝部11dにプッシュアーム10のガイドローラー10cが嵌り、レール部11bを通過可能となっている。
As shown in FIG. 3, the actuator 11c of the
ガイド11のレール部11bにおいて、溝部11dは、クランクシャフト5の回動方向の上流側において幅広に構成されており、レール部11bの移動可能範囲において、ガイドローラー10cを溝部11dに導入可能となっている。
また、レール部11bにおいて、クランクジャーナル51側の面にはガイド面11eが設けられており、クランクシャフト5の回動方向の下流側の溝部11dの下部に接続している。
そして、クランクシャフト5の回動方向の下流側においてガイドローラー10cが溝部11d通過した後に、ガイド面11eに当接可能となっている。
In the
Further, in the
Then, after the
レール部11bは、クランクシャフト5の回動軸であるクランクジャーナル51に対して、プッシュアーム10のガイドローラー10cの軌道を変更可能である。
ロッド11aを延出した場合には、溝部11dのクランクシャフト5の回動方向の下流側がクランクジャーナル51より離れる。これにより、図4の実線に示すように、ガイドローラー10cがクランクジャーナル51より離れるようにプッシュアーム10が回動する。
そして、ロッド11aをアクチュエーター11cに収納した場合には、溝部11dのクランクシャフト5の回動方向の下流側がクランクジャーナル51に近づく。これにより、図3の二点鎖線に示すように、ガイドローラー10cがクランクジャーナル51に近づけられる。
このように、ガイド11により、プッシュアーム10のガイドローラー10cの通る位置を変更可能となる。
The
When the
When the
In this way, the
そして、プッシュアーム10は、小コンロッド9の当接ローラー94に当接するものであり、プッシュアーム10のクランクアーム52に対する展開角度により、大コンロッド6に対する小コンロッド9の位置が変更される。
図4において、二点鎖線で示される状態は、プッシュアーム10の展開角度が最小の状態を示し、実線で示される状態は、プッシュアーム10の展開角度が最大の状態を示す。なお、二点鎖線で示される状態では、プッシュアーム10は、第2規制面52bに当接しており、実線で示される状態では、第1規制面52aに当接している。
The
In FIG. 4, the state shown by the two-dot chain line indicates the state in which the deployment angle of the
図4に示すように、プッシュアーム10のガイドローラー10cがクランクジャーナル51から離れる方向に回動すると、プッシュアーム10によって当接ローラー94が上方に移動する。これにより、小コンロッド9が上方に移動することとなり、小ピストン8が上方に移動する。
そして、ガイドローラー10cがクランクジャーナル51に近づく方向に回動すると、当接ローラー94が下方に移動する。これにより、小ピストン8が下方に移動する。
なお、クランクアーム52の回動に伴い、プッシュアーム10に当接した当接ローラー94は、プッシュアーム10の枢支部10a側からガイドローラー10c側に向けて移動する。
As shown in FIG. 4, when the
Then, when the
As the
上記構成において、シリンダブロック3に複数の大シリンダー2を設け、それぞれに小ピストン8を有する大ピストン7を配置し、クランクシャフト5により接続し、多気筒の内燃機関とすることも可能である。
In the above configuration, it is also possible to provide a plurality of
次に本発明の第1の実施形態の作用について説明する。
図5は、ガイド11による小ピストン8の上死点位置の変化を示す図である。そして、図6は、燃焼時の小コンロッド9の挙動を示す模式図である。
内燃機関1において、クランクシャフト5が回動すると、クランクアーム52とともにプッシュアーム10がクランクジャーナル51を中心に回動する。
Next, the operation of the first embodiment of the present invention will be described.
FIG. 5 is a diagram showing a change in the top dead center position of the
In the
クランクアーム52が下死点位置から回動すると、クランクアーム52により大コンロッド6が上方に移動し、大ピストン7が大シリンダー2内を上方に移動する。
そして、クランクアーム52とともに、プッシュアーム10が上方に回動する。
ガイド11のレール部11bは、プッシュアーム10のガイドローラー10cの移動軌跡上に配置されており、ガイドローラー10cに当接する。
なお、クランクアーム52が上死点の近傍に位置する範囲で、ガイドローラー10cに当接する。レール部11bがガイドローラー10cと当接する範囲は、クランクアーム52の上死点を含む前後90度の位相範囲とすることができ、この範囲で適宜設定することができる。
When the
Then, the
The
The
クランクアーム52が上死点に向けて回動するのに伴い、ガイドローラー10cがレール部11bの溝部11dに導入される。そして、ガイドローラー10cがレール部11bに係合された状態で、プッシュアーム10はクランクアーム52に引っ張られ回動する。
この際に、プッシュアーム10は枢支部10a側より、小コンロッド9の下方に進入し、溝部11dの形状により、枢支部10aを中心にクランクアーム52に対して回動し、展開角度が変更される。
なお、ガイドローラー10cがレール部11bに導入される前では、プッシュアーム10は遠心力により、クランクアーム52の延出方向に向けた状態でクランクアーム52とともに回動している。
As the
At this time, the
Before the
クランクアーム52が下死点位から上死点に向けて回動する際、小コンロッド9は、ローラー93を大コンロッド6の溝部61の下端に当接させた状態で、大コンロッド6によりに上方に押し上げられる。
そして、クランクアーム52が更に回動することにより、小コンロッド9の下方にプッシュアーム10が進入し、小コンロッド9の押し上げが開始される。
When the
Then, as the
ガイドローラー10cがレール部11bに係合した状態において、小コンロッド9の当接ローラー94は、プッシュアーム10の枢支部10aとガイドローラー10cとの間で当接しはじめる。クランクアーム52の回動に伴い、当接ローラー94はプッシュアーム10により、上方に押し上げられ、小コンロッド9の大コンロッド6に対する位置が規制される。そして、小コンロッド9を介して小ピストン8の大ピストン7に対する位置が規制される。
この際に、プッシュアーム10は、枢支部10aとレール部11bに支えられた状態で当接ローラー94を支える。そして、プッシュアーム10が枢支部10a側から当接ローラー94に当接するので、当接開始時の負荷の大部分が枢支部10aで受け止められる。
また、プッシュアーム10を、小コンロッド9の近傍に位置するクランクアーム52に設けたにより、プッシュアーム10の全長を短く構成できる。そして、プッシュアーム10の両端を支持した状態で、小コンロッド9を押し上るので、プッシュアーム10に生じる曲げモーメントを軽減できる。
In a state where the
At this time, the
Further, by providing the
このような構成において、プッシュアーム10の位置を変更することにより、内燃機関1における燃焼室の容積を変化させ圧縮比を変更できる。
図5において、H、M、Lはそれぞれ圧縮比の高い状態、中間の状態、低い状態の内燃機関1を示す。
状態Hにおいて、レール部11bが上方に移動しており、これによりプッシュアーム10が上方に回動する。小コンロッド9はプッシュアーム10により上方に移動される。
ガイド11のレール部11bが、設定される範囲において、最高位置に保持されることにより、ガイドローラー10cが最高位置の軌道を通り、小コンロッド9が小ピストン8を最高位置で支持される。
すなわち、大ピストン7の圧縮過程において、小ピストン8を最高位置で支持される。これにより、大シリンダー2、大ピストン7、小シリンダー71および小ピストン8により形成される容積が小さくなり、内燃機関1における燃焼室の圧縮比が高くなる。
In such a configuration, by changing the position of the
In FIG. 5, H, M, and L indicate the
In the state H, the
By holding the
That is, in the compression process of the
状態Lにおいて、レール部11bが下方に移動しており、これによりプッシュアーム10が下方に回動した状態となる。小コンロッド9はプッシュアーム10に沿って上方に移動する。
レール部11bが、設定される範囲において、最低位置に保持されることにより、ガイドローラー10cが最低位置の軌道を通り、小コンロッド9が小ピストン8は最低位置にまで押し上げられる。
これにより、大シリンダー2、大ピストン7、小シリンダー71および小ピストン8により形成される容積が大きく、圧縮比が低くなる。
In the state L, the
By holding the
As a result, the volume formed by the
また、内燃機関1は、圧縮比を状態Mに示すように、状態Hと状態Lの間に調整することも可能である。
このように、本実施形態において、レール部11bの高さは、状態Hと状態Lの間で変更可能であり、必要に応じて、小ピストン8の位置を変更し、圧縮比を変更可能となっている。
Further, the
As described above, in the present embodiment, the height of the
次に、燃焼時における作用について説明する。
図6において、Aは上死点位置の直前の状態を示し、Bは燃焼時の状態を示す。
図6に示すように、状態Aにおいて、ガイドローラー10cは溝部11dに係合しており、小ピストン8の大コンロッド6に対する高さ位置がプッシュアーム10により上方側に規制さられる。
そして、クランクアーム52が上死点を通過すると、プッシュアーム10のガイドローラー10cが溝部11dを抜ける。
Next, the action at the time of combustion will be described.
In FIG. 6, A indicates a state immediately before the top dead center position, and B indicates a state at the time of combustion.
As shown in FIG. 6, in the state A, the
Then, when the
小コンロッド9がプッシュアーム10に当接した状態で燃焼が開始されと、燃焼により小コンロッド9がプッシュアーム10を押し下げる。これにより、溝部11dを抜けたガイドローラー10cが、レール部11bのガイド面11eに押し付けられる。状態Bにおいて、ガイドローラー10cが二点鎖線で示される位置より、ガイド面11eに沿って、下方に移動する。これにより、プッシュアーム10の枢支部10aにクランクアーム52を回動する方向に駆動力が発生する。
When combustion is started with the small connecting
以上説明したように、本発明の第1の実施形態によれば、内燃機関1は、大シリンダー2内に摺動自在に配設され、小シリンダー71を有する大ピストン7と、大ピストン7とクランクシャフト5のクランクピン53を接続する大コンロッド6を備える。さらに、内燃機関1は、小シリンダー71内に摺動自在に配設される小ピストン8と、小ピストン8と大コンロッド6を接続する小コンロッド9を備える。そして、内燃機関1は、クランクシャフト5のクランクアーム52に設けられ、小コンロッド9に当接し、大コンロッド6に対して小コンロッド9の位置を変更するプッシュアーム10(当接体に相当)を備える。また、内燃機関1は、プッシュアーム10の移動軌跡を案内するガイド11を備える。
このため、プッシュアーム10による小コンロッド9の高さ位置を、ガイド11により設定できる。小コンロッド9の高さ位置の調整を簡便な構成により実現できる。また、クランクアーム52にプッシュアーム10が設けられているので、大ピストン7に同期して小ピストン8を動かし易くなる。これにより、1つのシリンダー2内に大ピストン7および小ピストン8を有する内燃機関1において、圧縮比を変更可能とし、熱効率を向上できる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, the
Therefore, the height position of the small connecting
また、プッシュアーム10の移動軌跡の一部においてガイド11が当接する。
このため、プッシュアーム10とガイド11との接触抵抗を低減して、内燃機関1の仕事効率を向上できる。また、接触による騒音を低減して、圧縮比を変更する構成の耐久性を向上できる。
Further, the
Therefore, the contact resistance between the
また、プッシュアーム10とガイド11との当接開始位置を変更可能としている。
このため、容易な構成により、小コンロッド9の高さ位置を変更できる。また、圧縮比に合わせて、プッシュアーム10がガイド11より接触抵抗を受けるタイミングを変更できる。
Further, the contact start position between the
Therefore, the height position of the small connecting
そして、プッシュアーム10のガイドローラー10c(ガイド11との当接部位に相当)が、プッシュアーム10の端部に設けられている。
これにより、プッシュアーム10をガイド11に導入しやすくなる。
A
This facilitates the introduction of the
また、プッシュアーム10は棒状部材であり、枢支部10aは、ガイドローラー10cの反対側の端部に設けられており、クランクアーム52に枢支される。
このため、プッシュアーム10を棒状の簡便な部材により構成でき、小コンロッド9を規制する機構を軽量かつコンパクトに構成できる。
Further, the
Therefore, the
また、ガイド11は、クランクアーム52の上死点に達するまでに、プッシュアーム10を案内する溝部11d(第1のガイド面に相当)を有する。さらに、ガイド11は、クランクアーム52の上死点より前にプッシュアーム10を案内するガイド面11e(第2のガイド面に相当)を有する。そして、ガイド面11eからプッシュアーム10が受ける反力により、クランクアーム52に駆動力を発生させる。
このため、燃焼工程において小コンロッド9の受けた力を、クランクアーム52の駆動力に変換でき、内燃機関の効率が向上する。また、上死点近傍域の大コンロッド6が駆動力を発生出来ない領域でクランクアーム52に効率的に駆動力を与えることができる。
Further, the
Therefore, the force received by the small connecting
次に、本発明の第2の実施形態にかかる内燃機関1aの全体構成について図7および図8を用いて説明する。
図7は本発明の第2実施形態にかかる内燃機関1aの要部の構成を示す部分断面正面図であり、図8は第2実施形態にかかる内燃機関1aの要部の構成を示す部分断面側面図である。
内燃機関1aは、第1の実施形態の内燃機関1と同様に、大シリンダー2内に大ピストン7を有し、大ピストン7の小シリンダー71内に小ピストン8を有している。また、シリンダブロック3と、シリンダブロック3の下部に装着されるクランクケース4を備える。
Next, the overall configuration of the
FIG. 7 is a partial cross-sectional front view showing the configuration of the main part of the
Like the
大ピストン7には、大コンロッド6により、クランクシャフト5aに接続されており、クランクシャフト5の回動により、大ピストン7が上下に摺動可能に構成されている。なお、図7において、内燃機関1aのクランクシャフト5は、回動方向Rに回動する。
クランクシャフト5aは、クランクジャーナル51、クランクアーム52d、クランクピン53および2つのカウンターウェイト54aを備える。クランクジャーナル51はクランクシャフト5の回動軸となるものであり、図示しないベアリングにより回動自在に支持される。
The
The crankshaft 5a includes a
クランクアーム52dはクランクジャーナル51とクランクピン53を接続するものであり、クランクシャフト5aの回動軸と直交する方向に延出され、クランクピン53に接続する。クランクピン53には、大コンロッド6の基部6bが回動自在に接続されており、クランクピン53の両端には、クランクアーム52dが接続している。
The
クランクアーム52dには、貫通孔55が設けられており、貫通孔55はクランクアーム52dに沿って設けられている。貫通孔55はクランクシャフト5aの回動軸心を通って設けられており、クランクシャフト5aの回動軸と直交するように設けられている。
そして、貫通孔55には、プッシュアーム20のロッド部20bが摺動自在に挿入されている。
The
The
図7および図8に示すように、大コンロッド6の構成は、第1の実施形態と共通する。
小コンロッド19は、上部91、ケージ192、および2つのローラー193により構成される。上部91の上端は小ピストン8に接続されており、上部91の下端はケージ192の上部に接続されている。また、上部91は大コンロッド6のブレード6a間に配置される。
As shown in FIGS. 7 and 8, the configuration of the large connecting
The small connecting
小コンロッド19のケージ192の構成は、ボトムビーム192cの形状以外において、第1の実施形態と共通する。
ケージ192のボトムビーム192cには、それぞれローラー193がケージ92の内側に回動自在に取り付けられ、ローラー193が大コンロッド6の溝部61に係合した状態となる。ローラー193の回転軸方向は、クランクシャフト5の回動軸方向に一致している。そして、小コンロッド19の下部は大コンロッド6の基部6bに摺動可能な状態で保持される。なお、ローラー193は、ボトムビーム192cの延出方向の中央部に設けられる。
また、ローラー193には、プッシュアーム20のカム部20aも当接可能に構成されている。
The configuration of the
A
Further, the
プッシュアーム20は、カム部20a、ロッド部20bおよびローラー20cにより構成される。ロッド部20bは、クランクアーム52dの貫通孔55に挿入されており、一端にカム部20aが設けられており、他端にローラー20cが設けられている。
また、カム部20aおよびローラー20cは、貫通孔55の開口よりも大きく、プッシュアーム20がクランクアーム52dより抜けない構成となっている。
カム部20aの端面には、小コンロッド19のローラー193に当接する曲面20dが設けられており、この曲面20dは、図7に示すように、外側に凸の円弧状の面となっている。
また、カム部20aの回動方向R側には、先端部20eが設けられている。
The
Further, the
A
Further, a
クランクケース4内の下部であって、クランクジャーナル51の側方には、ガイド30が設けられている。ガイド30は、ガイドプレート31、昇降機構32、アクチュエーター34により構成される。
ガイドプレート31には、昇降機構32のネジ棒32aおよびネジ棒32bが装着される支持部31aと、プッシュアーム20のローラー20cが当接する第1ガイド面31bおよび第2ガイド面31cを備える。
A
The
昇降機構32のネジ棒32bは逆ネジに構成されている。また、ネジ棒32aとネジ棒32bは、クランクケース4内で、平行かつ上下方向に配置され、アクチュエーター34の駆動力がギヤ33を介してそれぞれ伝達される。これにより、ネジ棒32bを駆動すると、ネジ棒32aが逆回転方向に駆動される。2つのネジ棒32aおよびネジ棒32bを装着することにより、ガイドプレート31が安定的に支持でき、衝撃を受けてもガイドプレート31の位置が変動しにくくなる。
そして、アクチュエーター34で、昇降機構32を駆動することにより、ガイドプレート31をクランクジャーナル51側に近づけたり遠ざけたりできる。
The
Then, by driving the elevating
ガイド30は、図7に示すように、クランクアーム52dが上死点位置にある場合に、プッシュアーム20のローラー20cが、第2ガイド面31cのクランクジャーナル51に最も近い部分に当接するように配置されている。
また、ガイド30およびプッシュアーム20は、図8に示すように、クランクピン53を挟んで左右対称に配置されている。
As shown in FIG. 7, the
Further, as shown in FIG. 8, the
ガイドプレート31の第1ガイド面31bは、ガイドプレート31の上面に設けられており、ローラー20cを円滑に当接させ、ローラー20cの移動を阻害しないように、クランクジャーナル51に向いて凹んだ弧状に形成されている。そして、第2ガイド面31cは、端部に向かうにつれて低くなるように構成されている。また、第2ガイド面31cは、第1ガイド面31bに比較して、水平に対する傾斜角が大きくなるように構成されている。
The
次に、第2の実施形態の作用について、図9から図11を用いて説明する。
図9はプッシュアーム20と小コンロッド19との接触開始状態を示す図であり、図10は内燃機関1aのガイド30による小ピストン8の上死点位置の変化を示す図である。そして、図11は、内燃機関1aの燃焼時の小コンロッド19の挙動を示す模式図である。
Next, the operation of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 9 to 11.
FIG. 9 is a diagram showing a contact start state between the
クランクアーム52dが下死点より上方に向けて回動すると、図9に示すように、プッシュアーム20は、カム部20aをクランクアーム52dに近づけた状態で回動する。
そして、カム部20aの先端部20eが小コンロッド19のローラー193に当接する。プッシュアーム20のローラー20cがガイドプレート31に当接する前に、カム部20aの先端部20eにより小コンロッド19が押し上げられる。
この後に、ローラー20cがガイドプレート31の第1ガイド面31bに当接し、ローラー20cが第1ガイド面31bに沿って移動する。
なお、ローラー20cがガイドプレート31に当接する前に、小コンロッド19が押し上げられることにより、ガイドプレート31による小ピストン8の押し上げを円滑にでき、小コンロッド19およびプッシュアーム20にかかる負荷を軽減できる。
When the
Then, the
After this, the
By pushing up the small connecting
また、図9において、ローラー20cがガイドプレート31の第1ガイド面31bに当接する際に、ローラー20cと第1ガイド面31bが鋭角接触するように、第1ガイド面31bが構成されている。
ローラー20cと第1ガイド面31bの当接開始点におけるローラー20cの速度方向と、第1ガイド面31bの接線方向とが交差する角度θが、鋭角になるように、第1ガイド面31bの位置および形状が構成されている。これにより、ローラー20cとガイドプレート31の接触による衝撃負荷が抑制される。また、静粛性が向上するとともに、ガイド30とプッシュアーム20の耐久性が向上する。
Further, in FIG. 9, when the
The position of the
次に、ローラー20cが第1ガイド面31bに当接した状態で、クランクアーム52dが回動すると、ローラー20c側のロッド部20bがクランクアーム52d側に摺動する。そして、カム部20a側のロッド部20bがクランクアーム52dより突出し、カム部20aによりローラー193が押し上げられる。ローラー193は、大コンロッド6の溝部61に沿って上方に移動し、小コンロッド19によって、小ピストン8が押し上げられる。
Next, when the
図10において、H、Lはそれぞれ圧縮比の高い状態、および低い状態の内燃機関1aを示す。小ピストン8の上死点における高さは、ガイド30により変更可能であり、ローラー20cの当接するガイドプレート31の高さにより変更される。
図10において、状態Hに示されるように、ガイドプレート31を高い位置に保持する。ことにより、プッシュアーム20のカム部20a側がクランクアーム52dより突出して、小コンロッド19が押し上げられる。これにより、小ピストン8が高い位置へ移動した状態で規制され、大シリンダー2、大ピストン7、小シリンダー71および小ピストン8により形成される容積が小さくなる。そして、内燃機関1aにおける燃焼室の容積が小さくなり、圧縮比が高くなる。
In FIG. 10, H and L indicate an
In FIG. 10, the
また、図10において、状態Lに示されるように、ガイドプレート31を低い位置に保持すると、プッシュアーム20のクランクアーム52dより突出量が少なく、小ピストン8は上死点において低い位置となる。なお、状態Lにおいては、小コンロッド19のローラー193が大コンロッド6の溝部61の下端に当接しており、小ピストン8が上死点において、最低位置となっている。そして、この状態Lにおいて、内燃機関1aにおける燃焼室の圧縮比は最低となる。
Further, as shown in the state L in FIG. 10, when the
このように、ガイドプレート31の保持位置により、プッシュアーム20のカム部20aの軌道を調節し、小ピストン8の上死点位置を変更し、圧縮比を変更可能となる。なお、クランクアーム52dの回動角度あたりの上昇速度は、ガイドプレート31の第1ガイド面の形状により調節で可能となる。
In this way, the trajectory of the
次に、燃焼時における作用について説明する。
圧縮行程において、ローラー20cは第1ガイド面31bに当接しており、燃焼工程においてローラー20cは第2ガイド面31dに当接する。
図11に示すように、内燃機関1aの燃焼工程において、ローラー20cはガイドプレート31の第1ガイド面31bより、第2ガイド面31cに当接する。
燃焼により小ピストン8が押し下げられると、小コンロッド19がプッシュアーム20を押し下げる。これにより、ローラー20cが第2ガイド面31cに押し当てられる。これにより、ローラー20cは、第2ガイド面31cに沿って下方に移動しながら、回動方向R方向に移動する。ローラー20cが第2ガイド面31cより受けた反力により、プッシュアーム20が回動方向Rに駆動される。そして、プッシュアーム20の受けた駆動力がクランクアーム52dに伝達され、クランクアーム52dが回動方向Rに駆動される。
これにより、小ピストン8の動きがクランクアーム52dの回動に変換される。
Next, the action at the time of combustion will be described.
In the compression stroke, the
As shown in FIG. 11, in the combustion process of the
When the
As a result, the movement of the
以上説明したように、本発明の第2の実施形態によれば、内燃機関1aは、大シリンダー2内に摺動自在に配設され、小シリンダー71を有する大ピストン7と、大ピストン7とクランクシャフト5aのクランクピン53を接続する大コンロッド6を備える。さらに、内燃機関1aは、小シリンダー71内に摺動自在に配設される小ピストン8と、小ピストン8と大コンロッド6を接続する小コンロッド9を備える。そして、内燃機関1aは、クランクシャフト5のクランクアーム52dに設けられ、小コンロッド9に当接し、大コンロッド6に対して小コンロッド9の位置を変更するプッシュアーム20(当接体に相当)を備える。また、内燃機関1aは、プッシュアーム20の移動軌跡を案内するガイド30を備える。
このため、プッシュアーム20による小コンロッド9の高さ位置を、ガイドプレート31により設定できる。小コンロッド9の高さ位置の調整を簡便な構成により実現できる。また、クランクアーム52にプッシュアーム20が設けられているので、大ピストン7に同期して小ピストン8を動かし易くなる。これにより、1つのシリンダー2内に大ピストン7および小ピストン8を有する内燃機関1において、圧縮比を変更可能とし、熱効率を向上できる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the
Therefore, the height position of the small connecting
また、プッシュアーム20の移動軌跡の一部においてガイド30が当接する。
このため、プッシュアーム20とガイド30との接触抵抗を低減して、内燃機関1aの仕事効率を向上できる。また、接触による騒音を低減して、圧縮比を変更する構成の耐久性を向上できる。
Further, the
Therefore, the contact resistance between the
また、プッシュアーム20とガイド30との当接開始位置を変更可能としている。
このため、容易な構成により、小コンロッド19の高さ位置を変更できる。また、圧縮比に合わせて、プッシュアーム20がガイド30より接触抵抗を受けるタイミングを変更できる。
このため、クランクシャフト5aにかかる慣性力が小さくなる低圧縮時には、接触のタイミングが遅くなり、接触抵抗による慣性力の損失を低減できる。
Further, the contact start position between the
Therefore, the height position of the small connecting
Therefore, at the time of low compression where the inertial force applied to the crankshaft 5a becomes small, the contact timing is delayed, and the loss of the inertial force due to the contact resistance can be reduced.
そして、プッシュアーム20のローラー20c(ガイド30との当接部位に相当)が、プッシュアーム20の端部に設けられている。
これにより、プッシュアーム20をガイド30に当接させやすくなる。
A
This makes it easier to bring the
プッシュアーム20は、小コンロッド19に当接するカム部20a(第1の当接部に相当)と、ガイド30に当接するローラー20c(第2の当接部に相当)と、カム部20aと、ローラー20cとを接続するロッド部20bとを備える。そして、ロッド部20bは、クランクアーム52dを貫通して支持され、クランクアーム52d内を一定範囲で摺動可能となっている。
このため、クランクアーム52dを利用してプッシュアーム20を支持するので、簡易な構造でプッシュアーム20を支持でき、プッシュアーム20の支持構造による重量の増加を低減できる。
The
Therefore, since the
また、ガイド30は、クランクアーム52dの上死点に達するまでに、プッシュアーム20を案内する第1ガイド面31b(第1のガイド面に相当)を有する。さらに、ガイド30は、クランクアーム52dの上死点より前にプッシュアーム20を案内する第2ガイド面31c(第2のガイド面に相当)を有する。そして、第2ガイド面31cからプッシュアーム20が受ける反力により、クランクアーム52dに駆動力を発生させる。
このため、燃焼工程において小コンロッド9の受けた力を、クランクアーム52dの駆動力に変換でき、内燃機関の効率が向上する。また、上死点近傍域の大コンロッド6が駆動力を発生出来ない領域でクランクアーム52dに効率的に駆動力を与えることができる。
Further, the
Therefore, the force received by the small connecting
上記の実施形態は、あくまでも本発明の一実施の態様であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で任意に変形、及び応用が可能である。 The above embodiment is merely an embodiment of the present invention, and can be arbitrarily modified and applied without departing from the spirit of the present invention.
1 内燃機関
2 シリンダー
3 シリンダブロック
4 クランクケース
5 クランクシャフト
5a クランクシャフト
6 コンロッド
6a ブレード
6b 基部
7 ピストン
7a ピストンピン
8 ピストン
9 コンロッド
10 プッシュアーム
10a 枢支部
10b 先端部
10c ガイドローラー
10d 突出部
10e ピン
11 ガイド
11a ロッド
11b レール部
11c アクチュエーター
11d 溝部
11e ガイド面
51 クランクジャーナル
52 クランクアーム
52a 第1規制面
52b 第2規制面
52d クランクアーム
53 クランクピン
54 カウンターウェイト
1
Claims (7)
該大ピストンとクランクシャフトのクランクピンを接続する大コンロッドと、
前記小シリンダー内に摺動自在に配設される小ピストンと、
該小ピストンと前記大コンロッドを接続する小コンロッドと、
前記クランクシャフトのクランクアームに設けられ、前記小コンロッドに当接し、前記大コンロッドに対して前記小コンロッドの位置を変更する当接体と、
該当接体の移動軌跡を案内するガイドと、を備えたことを特徴とする内燃機関。 A large piston that is slidably arranged in a large cylinder and has a small cylinder,
A large connecting rod that connects the large piston and the crankpin of the crankshaft,
A small piston slidably arranged in the small cylinder,
A small connecting rod that connects the small piston and the large connecting rod,
An abutting body provided on the crank arm of the crankshaft, which abuts on the small connecting rod and changes the position of the small connecting rod with respect to the large connecting rod.
An internal combustion engine including a guide for guiding a moving locus of the abutting body.
前記当接体の前記ガイドとの前記当接部位と反対側の端部は、前記クランクアームに揺動自在に枢支されることを特徴とする請求項4に記載の内燃機関。 The contact body is a rod-shaped member and is a rod-shaped member.
The internal combustion engine according to claim 4, wherein the end portion of the contact body opposite to the contact portion with the guide is pivotally supported by the crank arm.
該ロッド部は、前記クランクアームを貫通して支持され、前記クランクアーム内を一定範囲で摺動可能であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の内燃機関。 The contact body includes a first contact portion that contacts the small connecting rod, a second contact portion that contacts the guide, the first contact portion, and the second contact portion. Equipped with a rod part to connect
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the rod portion is supported by penetrating the crank arm and is slidable in the crank arm within a certain range.
前記クランクアームの上死点に達するまでに前記当接体を案内する第1のガイド面と、
前記クランクアームの上死点より後に前記当接体を案内する第2のガイド面と、を有し、
該第2のガイド面から前記当接体が受ける反力により、前記クランクアームに駆動力を発生させることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか一項に記載の内燃機関。
The guide
A first guide surface that guides the abutting body before reaching the top dead center of the crank arm, and
It has a second guide surface that guides the abutting body after the top dead center of the crank arm.
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6, wherein a driving force is generated in the crank arm by a reaction force received by the abutting body from the second guide surface.
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