JPH06207526A - 圧縮比可変型エンジン - Google Patents
圧縮比可変型エンジンInfo
- Publication number
- JPH06207526A JPH06207526A JP4065497A JP6549792A JPH06207526A JP H06207526 A JPH06207526 A JP H06207526A JP 4065497 A JP4065497 A JP 4065497A JP 6549792 A JP6549792 A JP 6549792A JP H06207526 A JPH06207526 A JP H06207526A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- crank
- compression ratio
- gear
- variable compression
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
- F02B75/041—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of cylinder or cylinderhead positioning
- F02B75/042—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of cylinder or cylinderhead positioning the cylinderhead comprising a counter-piston
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/32—Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目 的】 内燃機関の一つのシリンダーの中に、二つ
のピストンを組み込んで、夫々を別のクランクに連結
し、一方のクランク軸の回転位相角度を他方のクランク
軸に対して変化させ、一方のピストンの高さを調節して
圧縮比を連続的に変化させる装置を提供する。 【構 成】 一つのシリンダーの中に、ドーナツ状の外
側ピストン１と、その内径に組み込まれた小型の内側ピ
ストン２の、二つのピストンを組み込む。ピストン１は
クランク３にコンロッド４を介して、ピストン２は歯車
付クランク５にコンロッド６を介してそれぞれ連結され
る。クランク５は伝達歯車１０と歯車軸７、及び歯車軸
７に付けられたスライド歯車９と、クランク３に付けら
れたヘリカル歯車８を介して、クランク３に連結され
る。
のピストンを組み込んで、夫々を別のクランクに連結
し、一方のクランク軸の回転位相角度を他方のクランク
軸に対して変化させ、一方のピストンの高さを調節して
圧縮比を連続的に変化させる装置を提供する。 【構 成】 一つのシリンダーの中に、ドーナツ状の外
側ピストン１と、その内径に組み込まれた小型の内側ピ
ストン２の、二つのピストンを組み込む。ピストン１は
クランク３にコンロッド４を介して、ピストン２は歯車
付クランク５にコンロッド６を介してそれぞれ連結され
る。クランク５は伝達歯車１０と歯車軸７、及び歯車軸
７に付けられたスライド歯車９と、クランク３に付けら
れたヘリカル歯車８を介して、クランク３に連結され
る。
Description
【０００１】この発明は、内燃機関の一つのシリンダー
の中に二つのピストンを組み込んで、それぞれを別々の
クランク軸に連結し、一方のクランク軸の回転位相角度
を他方のクランク軸に対して変化させ、点火時に一方の
ピストンの高さを調節して燃焼室の容積を変化させるこ
とで、圧縮比を連続的に変化させ、全ての負荷運転域に
おける熱効率を高めることで、燃費を改善するための装
置に関するものである。
の中に二つのピストンを組み込んで、それぞれを別々の
クランク軸に連結し、一方のクランク軸の回転位相角度
を他方のクランク軸に対して変化させ、点火時に一方の
ピストンの高さを調節して燃焼室の容積を変化させるこ
とで、圧縮比を連続的に変化させ、全ての負荷運転域に
おける熱効率を高めることで、燃費を改善するための装
置に関するものである。
【０００２】従来の自動車用ガソリン内燃機関では、混
合気の圧縮比を最大負荷時の吸気量のノッキング限界に
基ずいて固定されていた。したがって、低速一定走行な
どの部分負荷の時には、吸気絞り弁によって混合気の吸
入量を制限するので、ピストンが吸気下死点に達した時
の混合気は大気圧以下となるので、実際の圧縮比が設定
値よりも不足して、熱効率が低下し、燃費を悪化させる
原因となっていた。また、ターボ過給器などを用いた自
動車用内燃機関においては、最大負荷時と過給圧の低い
低負荷域とでは、吸入混合気量の差が更に拡がるので、
圧縮比を最適値に設定するのはより困難と考えられてい
た。すなわち、大出力を発生する高出力エンジンは、部
分負荷域では極めて燃費が悪く、一方、燃費性能を重視
した低燃費エンジンは、最大負荷域での出力の向上を犠
牲にすることで成り立っていた。このように、全ての運
転負荷域で、その吸入混合気量に応じた最適の熱効率を
得るためには、固定された圧縮比では不可能である。
合気の圧縮比を最大負荷時の吸気量のノッキング限界に
基ずいて固定されていた。したがって、低速一定走行な
どの部分負荷の時には、吸気絞り弁によって混合気の吸
入量を制限するので、ピストンが吸気下死点に達した時
の混合気は大気圧以下となるので、実際の圧縮比が設定
値よりも不足して、熱効率が低下し、燃費を悪化させる
原因となっていた。また、ターボ過給器などを用いた自
動車用内燃機関においては、最大負荷時と過給圧の低い
低負荷域とでは、吸入混合気量の差が更に拡がるので、
圧縮比を最適値に設定するのはより困難と考えられてい
た。すなわち、大出力を発生する高出力エンジンは、部
分負荷域では極めて燃費が悪く、一方、燃費性能を重視
した低燃費エンジンは、最大負荷域での出力の向上を犠
牲にすることで成り立っていた。このように、全ての運
転負荷域で、その吸入混合気量に応じた最適の熱効率を
得るためには、固定された圧縮比では不可能である。
【０００３】したがって、今日まで世界中の各メーカー
や研究機関が、圧縮比を連続的に変化させる装置を、莫
大な研究費と時間をついやして研究したが、実用的な装
置を開発することができなかった。本発明は、この問題
を小型軽量で装置の駆動損失が小さく、しかも低コスト
で実現するために発明されたのである。
や研究機関が、圧縮比を連続的に変化させる装置を、莫
大な研究費と時間をついやして研究したが、実用的な装
置を開発することができなかった。本発明は、この問題
を小型軽量で装置の駆動損失が小さく、しかも低コスト
で実現するために発明されたのである。
【０００４】いま、その構成を説明すると、 （イ） 一つのシリンダーの中に、ドーナツ状の外側
ピストン１と、その内径に組み込まれた小型の内側ピス
トン２の、二つのピストンを組み込むことによって燃焼
室が構成される。 （ロ） ピストン１はクランク３とコネクティング・ロ
ッド４を介して、ピストン２はクランク５とコネクティ
ング・ロッド６を介してそれぞれ連結される。 （ハ） クランク５は伝達歯車１０と歯車軸７及び、歯
車軸７に付けられたスライド歯車９と、クランク３に付
けられたヘリカル歯車８によって、クランク３と連結さ
れる。 以上のように装置する。
ピストン１と、その内径に組み込まれた小型の内側ピス
トン２の、二つのピストンを組み込むことによって燃焼
室が構成される。 （ロ） ピストン１はクランク３とコネクティング・ロ
ッド４を介して、ピストン２はクランク５とコネクティ
ング・ロッド６を介してそれぞれ連結される。 （ハ） クランク５は伝達歯車１０と歯車軸７及び、歯
車軸７に付けられたスライド歯車９と、クランク３に付
けられたヘリカル歯車８によって、クランク３と連結さ
れる。 以上のように装置する。
【０００５】次に本発明の作用を述べると、 （イ） 低負荷運転時には吸入混合気の量が少なくなる
ために、クランク３に対するクランク５の位相角度の差
を小さくして、点火時のピストン２の位置を高くして圧
縮比を高める。 （ロ） 高負荷運転時にはノッキングの発生を防ぐため
に、クランク３に対してクランク５の位相角度の差を大
きくして、ピストン１が圧縮上死点に達して点火したと
きは、ピストン２はすでに圧縮上死点を通過して下がり
始めているので、その位置は低く圧縮比は低い。 （ハ） クランク３に対するクランク５の回転位相角度
の進角量は、ヘリカル歯車８に噛みあうスライド歯車９
を前後させることで調整する。すなわち、圧縮された混
合気に点火する時に、クランク５をクランク３に対して
進角させる度合いによって、ピストン２の高さを調節し
て、燃焼室の容積を変化させる。したがって、低負荷運
転から最大負荷運転までの全ての負荷域で、吸入混合気
量に応じた最適の圧縮比を得ることができる。
ために、クランク３に対するクランク５の位相角度の差
を小さくして、点火時のピストン２の位置を高くして圧
縮比を高める。 （ロ） 高負荷運転時にはノッキングの発生を防ぐため
に、クランク３に対してクランク５の位相角度の差を大
きくして、ピストン１が圧縮上死点に達して点火したと
きは、ピストン２はすでに圧縮上死点を通過して下がり
始めているので、その位置は低く圧縮比は低い。 （ハ） クランク３に対するクランク５の回転位相角度
の進角量は、ヘリカル歯車８に噛みあうスライド歯車９
を前後させることで調整する。すなわち、圧縮された混
合気に点火する時に、クランク５をクランク３に対して
進角させる度合いによって、ピストン２の高さを調節し
て、燃焼室の容積を変化させる。したがって、低負荷運
転から最大負荷運転までの全ての負荷域で、吸入混合気
量に応じた最適の圧縮比を得ることができる。
【０００６】なお、本発明の実施に当たって次の如きこ
とができる。 （イ） クランク５をクランク３の横に配置すること
で、歯車軸７と伝達歯車１０を省略すると、圧縮比の変
化の幅が小さくなり、また振動バランスの面でも不利に
なるが、歯車軸７の軸受け部分の摩擦抵抗が無くなり、
装置全体の高さを低く押さえられるので、エンジンの小
型化には有効である。 （ロ） また、この時、ピストン２をピストン１に対し
て斜めに組み込んだ形状にすると、圧縮比の変化の幅の
点で有利である。 （ハ） ピストン１とピストン２を半月状にクランク軸
方向に対して左右に分割して組み込むと、燃焼室の形状
があまり小さくならず、また気密性を保つためのピスト
ン・リングの形状が複雑になるが、装置全体を小さくで
きるので有効である。 （ニ） 一つのシリンダーの中に、ピストン１とピスト
ン２を対向させて組み込むと、摩擦抵抗が若干増え、ま
た離れた位置にあるクランク３とクランク５を連結して
構成する回転位相角度調整装置が大きくなってしまう
が、振動バランスの面や、エンジン全高が低くなる点で
有利である。
とができる。 （イ） クランク５をクランク３の横に配置すること
で、歯車軸７と伝達歯車１０を省略すると、圧縮比の変
化の幅が小さくなり、また振動バランスの面でも不利に
なるが、歯車軸７の軸受け部分の摩擦抵抗が無くなり、
装置全体の高さを低く押さえられるので、エンジンの小
型化には有効である。 （ロ） また、この時、ピストン２をピストン１に対し
て斜めに組み込んだ形状にすると、圧縮比の変化の幅の
点で有利である。 （ハ） ピストン１とピストン２を半月状にクランク軸
方向に対して左右に分割して組み込むと、燃焼室の形状
があまり小さくならず、また気密性を保つためのピスト
ン・リングの形状が複雑になるが、装置全体を小さくで
きるので有効である。 （ニ） 一つのシリンダーの中に、ピストン１とピスト
ン２を対向させて組み込むと、摩擦抵抗が若干増え、ま
た離れた位置にあるクランク３とクランク５を連結して
構成する回転位相角度調整装置が大きくなってしまう
が、振動バランスの面や、エンジン全高が低くなる点で
有利である。
【０００７】次に本発明の効果を述べると、 （イ） 全ての負荷域で、吸入された混合気量に応じた
最適な圧縮比が得られるので、より少ない燃料で高い熱
効率を得ることができる。 （ロ） 圧縮比を下げても燃焼室は小さく火炎の伝播距
離が短いので、同圧縮比の従来のピストンに比べてノッ
キング限界が高く、圧縮比をより高く設定することがで
きる。 （ハ） 従来のピストンエンジンではノッキングが発生
すると、点火時期を遅らせることで圧縮比を下げていた
が、その前に最大圧縮比の状態に達してしまうので圧縮
温度が上昇し過ぎて、自己発火によるノッキングが発生
する危険性があるので、あまり最大圧縮比を高く出来な
かったが、本発明では二つのピストンの面積比率を最適
な割合にすることで、点火時期に達する前にそれ以上の
圧縮比にはならないように出来るので、自己発火による
ノッキングが発生する危険性がなくなった分、より圧縮
比を高めることが出来る。 （ニ） 圧縮比を下げた状態で混合気に点火すると、ピ
ストン１に対してピストン２の降下速度が速く、燃焼室
の膨張速度が速くなり、低速回転域でもノッキングが発
生する頃にはピストン２は下がり始め、燃焼ガスは膨張
して圧力と温度を下げるので、燃焼室の膨張速度が遅い
ために圧力が高くなり過ぎて、プラグ位置から周囲に伝
播して行く火炎を圧力波が追い越してしまい、火炎が到
達する前に自己発火してしまう「低速ノッキング現象」
の発生を回避することが出来る分、より低回転域での圧
縮比を高めることが出来る。 （ホ） 二つのクランク軸を逆回転させると、ピストン
が燃焼圧力によってシリンダー壁面に衝突する時に発生
する打撃音を相殺し、またクランク軸の振動も相殺され
て静かになる。 （ヘ） ピストン直径が大きくなった分、ピストンの行
程距離が短くなるので、回転数に対してピストンの往復
速度が遅くなり、その分の摩擦抵抗が減少する。 （ト） 圧縮比を変化させるのは、スライド歯車９をヘ
リカル歯車８の回転方向に対して横にずらすだけなの
で、回転位相角度調整装置の駆動による出力損失はわず
かである。 （チ） ピストン２のピストンリングによる摩擦抵抗
は、ピストン１との間の速度差によってのみ発生するの
で、部分負荷時の圧縮比の高いときにはきわめて小さ
い。 （リ） また本発明を、過給器によって過給されたガソ
リンエンジン及びディーゼルエンジンに装置すること
で、部分負荷域の熱効率を高め、市街地走行時の実用燃
費を犠牲にせずに大出力を得ることが出来る。 （ヌ） また本発明を使用したエンジンは、ガソリンの
質を選ばないばかりか、さらにはガソリンと軽油の併用
すら出来る。 （ル） 特殊な材質の金属や複雑な構造の鋳造部品など
はあまり使用せず、また部品点数の増加も少ないので、
生産コストの上昇は小さい。 以上の効果により、本発明を実施することで最大出力を
向上させてなおかつ実用燃費をも改善し、しかも、わず
かなコスト上昇で実用性の高い自動車用エンジンを作る
ことができる。
最適な圧縮比が得られるので、より少ない燃料で高い熱
効率を得ることができる。 （ロ） 圧縮比を下げても燃焼室は小さく火炎の伝播距
離が短いので、同圧縮比の従来のピストンに比べてノッ
キング限界が高く、圧縮比をより高く設定することがで
きる。 （ハ） 従来のピストンエンジンではノッキングが発生
すると、点火時期を遅らせることで圧縮比を下げていた
が、その前に最大圧縮比の状態に達してしまうので圧縮
温度が上昇し過ぎて、自己発火によるノッキングが発生
する危険性があるので、あまり最大圧縮比を高く出来な
かったが、本発明では二つのピストンの面積比率を最適
な割合にすることで、点火時期に達する前にそれ以上の
圧縮比にはならないように出来るので、自己発火による
ノッキングが発生する危険性がなくなった分、より圧縮
比を高めることが出来る。 （ニ） 圧縮比を下げた状態で混合気に点火すると、ピ
ストン１に対してピストン２の降下速度が速く、燃焼室
の膨張速度が速くなり、低速回転域でもノッキングが発
生する頃にはピストン２は下がり始め、燃焼ガスは膨張
して圧力と温度を下げるので、燃焼室の膨張速度が遅い
ために圧力が高くなり過ぎて、プラグ位置から周囲に伝
播して行く火炎を圧力波が追い越してしまい、火炎が到
達する前に自己発火してしまう「低速ノッキング現象」
の発生を回避することが出来る分、より低回転域での圧
縮比を高めることが出来る。 （ホ） 二つのクランク軸を逆回転させると、ピストン
が燃焼圧力によってシリンダー壁面に衝突する時に発生
する打撃音を相殺し、またクランク軸の振動も相殺され
て静かになる。 （ヘ） ピストン直径が大きくなった分、ピストンの行
程距離が短くなるので、回転数に対してピストンの往復
速度が遅くなり、その分の摩擦抵抗が減少する。 （ト） 圧縮比を変化させるのは、スライド歯車９をヘ
リカル歯車８の回転方向に対して横にずらすだけなの
で、回転位相角度調整装置の駆動による出力損失はわず
かである。 （チ） ピストン２のピストンリングによる摩擦抵抗
は、ピストン１との間の速度差によってのみ発生するの
で、部分負荷時の圧縮比の高いときにはきわめて小さ
い。 （リ） また本発明を、過給器によって過給されたガソ
リンエンジン及びディーゼルエンジンに装置すること
で、部分負荷域の熱効率を高め、市街地走行時の実用燃
費を犠牲にせずに大出力を得ることが出来る。 （ヌ） また本発明を使用したエンジンは、ガソリンの
質を選ばないばかりか、さらにはガソリンと軽油の併用
すら出来る。 （ル） 特殊な材質の金属や複雑な構造の鋳造部品など
はあまり使用せず、また部品点数の増加も少ないので、
生産コストの上昇は小さい。 以上の効果により、本発明を実施することで最大出力を
向上させてなおかつ実用燃費をも改善し、しかも、わず
かなコスト上昇で実用性の高い自動車用エンジンを作る
ことができる。
【図１】本発明圧縮比可変型エンジンの斜視図
【図２】本発明圧縮比可変型エンジンのピストン部分の
横断面図
横断面図
【図３】本発明圧縮比可変型エンジンのピストン部分の
縦断面図
縦断面図
【図４】本発明圧縮比可変型エンジンの作動原理図で、
圧縮比を高めた状態
圧縮比を高めた状態
【図５】本発明圧縮比可変型エンジンの作動原理図で、
圧縮比を低くした状態
圧縮比を低くした状態
【図６】本発明圧縮比可変型エンジンの他の実施例
【図７】本発明圧縮比可変型エンジンの他の実施例
【図８】本発明圧縮比可変型エンジンの他の実施例
１はドーナツ状の外側ピストン ２は内側ピストン ３は外側ピストン用クランク ４は外側ピストン用コネクティング・ロッド ５は内側ピストン用クランク ６は内側ピストン用コネクティング・ロッド ７は歯車軸 ８はヘリカル歯車 ９はスライド歯車 １０は伝達歯車 １１はシリンダー・ブロック １２は点火プラグ １３は内側ピストン用ピストン・ピン １４は外側ピストン用ピストン・ピン １５は外側ピストン用ピストン・リング １６は内側ピストン用ピストン・リング
Claims (4)
- 【請求項１】（イ） 一つのシリンダーの中に、ドーナ
ツ状の外側ピストン１と、その内径に組み込まれた小型
の内側ピストン２の、二つのピストンを組み込むことに
よって燃焼室が構成される。 （ロ） ピストン１はクランク３にコネクティング・ロ
ッド４を介して、ピストン２は歯車付クランク５にコネ
クティング・ロッド６を介してそれぞれ連結される。 （ハ） クランク５は歯車軸７及び伝達歯車１０と、ヘ
リカル歯車８とスライド歯車９からなる回転位相角度調
整装置を介して、クランク３に連結される。 以上の如く構成された、圧縮比可変型エンジン。 - 【請求項２】 ピストン２をピストン１に対して斜めに
組み、クランク５をクランク３の横に配置することで歯
車軸７と伝達歯車１０を省いた請求項１の圧縮比可変型
エンジン。 - 【請求項３】 ピストン１トピストン２を、クランク軸
方向に対して半月状に左右に分割して組み込んだ請求項
１の圧縮比可変型エンジン。 - 【請求項４】 一つのシリンダーの中に、ピストン１と
ピストン２を対向させて組み込んだ請求項１の圧縮比可
変型エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4065497A JPH06207526A (ja) | 1992-02-05 | 1992-02-05 | 圧縮比可変型エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4065497A JPH06207526A (ja) | 1992-02-05 | 1992-02-05 | 圧縮比可変型エンジン |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06207526A true JPH06207526A (ja) | 1994-07-26 |
Family
ID=13288790
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4065497A Pending JPH06207526A (ja) | 1992-02-05 | 1992-02-05 | 圧縮比可変型エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06207526A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100262586B1 (ko) * | 1996-11-27 | 2000-08-01 | 정몽규 | 내연기관 |
| JP2011202663A (ja) * | 2005-03-23 | 2011-10-13 | Isentropic Ltd | ピストンアセンブリ、ヒート・ポンプとして使用される装置、冷凍機、及び熱機関 |
| JP2017101679A (ja) * | 2014-02-12 | 2017-06-08 | アカーテース パワー，インク． | 低反応性圧縮着火対向ピストンエンジン |
-
1992
- 1992-02-05 JP JP4065497A patent/JPH06207526A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100262586B1 (ko) * | 1996-11-27 | 2000-08-01 | 정몽규 | 내연기관 |
| JP2011202663A (ja) * | 2005-03-23 | 2011-10-13 | Isentropic Ltd | ピストンアセンブリ、ヒート・ポンプとして使用される装置、冷凍機、及び熱機関 |
| JP2017101679A (ja) * | 2014-02-12 | 2017-06-08 | アカーテース パワー，インク． | 低反応性圧縮着火対向ピストンエンジン |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Effective date: 20040608 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 |