JPH07150969A - クランク軸オフセットエンジン - Google Patents
クランク軸オフセットエンジンInfo
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- JPH07150969A JPH07150969A JP5296931A JP29693193A JPH07150969A JP H07150969 A JPH07150969 A JP H07150969A JP 5296931 A JP5296931 A JP 5296931A JP 29693193 A JP29693193 A JP 29693193A JP H07150969 A JPH07150969 A JP H07150969A
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Abstract
きるクランク軸オフセットエンジンを提供すること。 【構成】 クランク軸の軸心をシリンダの中心線からオ
フセットしたクランク軸オフセットエンジンにおいて、 A:燃焼圧ピーク発生クランク角(MBT進角時:上死
点からのクランク角) B:オフセット量÷クランク半径 C:上死点のクランク角(クランクピンが真上にある時
を基準とし、回転方向に計測)、とした時に、 (1)A= sin-1B−C となる様にオフセットす
る。 (2)A= sin-1B−C となる様に燃焼速度を制
御する。
Description
造、特にクランク軸の軸心をシリンダの中心線からオフ
セットさせたクランク軸オフセットエンジンの構造に関
する。
内に摺動自在に配設されたピストンとクランク軸のクラ
ンクピンがコンロッドで連結され、シリンダ内の燃焼ガ
スの圧力がピストンをシリンダの中心線方向に押圧して
直線運動させ、そのピストンの直線方向の運動がコンロ
ッドを介してクランク軸に回転運動として伝えられる。
図3は、エンジンを構成する各部分が上記の様に運動す
る時にピストンに作用する力を、クランク軸の軸心をシ
リンダの中心線上に配置したオフセットが0(ゼロ)の
コンベンショナルなエンジンについて示したものであっ
て、 Fg : 爆発荷重 Fi : 往復質量による慣性力 Q : ピストンに加わるサイドフォース D : シリンダ径 p : 燃焼ガスの圧力 Mi : 往復質量 α : ピストン加速度 とすると、 Fg =πD2 ×p/4 Fi =Mi α Q =(Fg +Fi )tanφとなる。
ダの中心線から傾斜した状態にある時にはピストン押圧
力がシリンダの径方向の分力を生じさせ、ピストンをシ
リンダの内周面に押しつけシリンダ内周面の間に摺動摩
擦を生じさせるサイドフォースQ=(Fg +Fi )ta
nφが発生している。このサイドフォースQは、上式か
らも明らかな様にコンロッドがシリンダの中心線となす
揺動角φ=0(ゼロ)の場合には0(ゼロ)であるが揺
動角φが大きくなるにつれて増大し、また燃焼圧力pが
大きくなると増大する。したがって、燃焼圧力pが最大
の時に揺動角φ=0(ゼロ)、すなわち、シリンダ中心
線と、コンロッド軸線が一致する様にすればサイドフォ
ースQの低減効果は最大となる。
軸の軸心をシリンダの中心線上に配置したエンジンにお
いては、燃焼圧力が最大となる時には、コンロッドの揺
動角φが0(ゼロ)ではないために、膨張行程時にサイ
ドフォースが非常に大きくなり、そのため、シリンダ内
圧力が小さい排気、吸入、圧縮の各行程時には、サイド
フォースが小さいにもかかわらず、結局のところ1サイ
クル中のサイドフォースによるピストンとシリンダ間の
摺動摩擦損失が大きくなる。そこで、膨張行程時のサイ
ドフォースを低減するために、クランク軸の軸心をシリ
ンダの中心線から膨張行程時のサイドフォースの向きに
オフセットし、燃焼圧力が最大となる時のコンロッドの
揺動角φが小さくなる様にしたエンジンが開発され、例
えば特開昭56−98951号公報によれば、クランク
軸の軸線をシリンダの中心線からピストンのストローク
量の一定の範囲内でオフセットさせたエンジンが提供さ
れる。同公報のエンジンでは、膨張行程時のサイドフォ
ースが低減される。
装置によれば、クランク軸の軸線をシリンダの中心線か
らピストンのストローク量の一定の範囲内でオフセット
させただけであり、燃焼圧力が最大になる時に、必ずし
もコンロッドの揺動角が0(ゼロ)になるわけではな
く、必ずしも有効にサイドフォースを低減することはで
きない。本発明は、上記問題に鑑み、サイドフォースを
効果的に低減することのできるクランク軸オフセットエ
ンジンを提供することを目的とする。
ば、クランク軸の軸心をシリンダの中心線からオフセッ
トしたクランク軸オフセットエンジンにおいて、オフセ
ット量が以下の関係により設定されていることを特徴と
するクランク軸オフセットエンジンが提供される。 A:燃焼圧ピーク発生クランク角(MBT進角時:上死
点からのクランク角) B:オフセット量÷クランク半径 C:上死点のクランク角(クランクピンが真上にある時
を基準とし、回転方向に計測)、とした時に、 A= sin-1B−C また、請求項2によれば、クランク軸の軸心をシリンダ
の中心線からオフセットしたクランク軸オフセットエン
ジンにおいて、燃焼圧ピーク発生クランク角検出手段
と、燃焼速度を制御する燃焼速度制御手段とを備え、燃
焼圧ピーク発生クランク角が以下の関係になる様に燃焼
速度を制御することを特徴とするクランク軸オフセット
エンジンが提供される。 A:燃焼圧ピーク発生クランク角(MBT進角時:上死
点からのクランク角) B:オフセット量÷クランク半径 C:上死点のクランク角(クランクピンが真上にある時
を基準とし、回転方向に計測)、とした時に、 A= sin-1B−C
ンでは、燃焼圧力がピークとなる時には、コンロッドの
軸線はシリンダ中心線上にあり、サイドフォースは発生
しない。請求項2に記載のクランク軸オフセットエンジ
ンでは、燃焼圧力がピークとなる時に、コンロッドの軸
線がシリンダ中心線上にあるように燃焼が制御されるの
でサイドフォースは発生しない。
する。図1は本発明の請求項1に係わるクランク軸オフ
セットエンジンの一実施例の構造を模式的に示したもの
である。図において、1はエンジンのシリンダであっ
て、1x はその中心線であり、2はピストンであって、
シリンダ1の内部を中心線1x に沿って往復動する。3
はコンロッドであって、3s と3b は、それぞれ、その
小端部と大端部を示し、また、4はクランク軸であっ
て、4b と4m は、それぞれ、クランクピン、クランク
ジャーナルを示している。コンロッド3の小端部3s は
ピストン2に装着され、ピストン2と一体的に往復動す
るピストンピン2s と係合され、大端部3b はクランク
ピン4b と係合している。クランクジャーナル4m はク
ランクケース(図示しない)に装着された軸受け5の内
部を回転する。Rc はクランクピン4b の(中心の)回
転半径であって、Cc はクランクピン4b の(中心の)
回転軌跡円である。
場合であって、θTDC はピストン2が上死点にある時の
クランクピン4b の角度であって、クランクピン4b が
真上にあった時を基準として時計回り方向に計った値を
示している。一方、図1の(B)はコンロッド3の軸線
が、シリンダ1の中心線1x に一致した場合であって、
θSF0 は、その時のクランクピン4b の角度を、前記ピ
ストン2が上死点にある時のクランクピン4b の角度θ
TDC を基準に時計回り方向に計った値である。本発明の
本第1の実施例は、丁度、図1の(B)の状態にある時
に燃焼圧力が最大になるようにされている。したがっ
て、燃焼圧がピークとなる角度を、上死点の時のクラン
ク角を基準に時計回り方向に計測して表せば、コンロッ
ド3の軸線が、シリンダ1の中心線1x に一致した時の
クランク角から上死点の時のクランク角を差し引いたも
のとなる。ここで、コンロッド3の軸線が、シリンダ1
の中心線1x に一致した時のクランク角を、オフセット
量とクランク半径を用いて表せば、sin-1(オフセッ
ト量/クランク半径)となるので、請求項1に記載され
ている様に、 A:燃焼圧ピーク発生クランク角(MBT進角時:上死
点からのクランク角) B:オフセット量÷クランク半径 C:上死点のクランク角(クランクピンが真上にある時
を基準とし、回転方向に計測)、とした時に、 A= sin-1B−C となる。
定できないのに対して負荷、回転数によって燃焼圧がピ
ークとなる角度が異なるのではないかという懸念がある
が、実際には負荷や回転数によって燃焼圧がピークとな
る角度は殆ど同じである。例えば、図2の(A)に示す
のは回転数が同じで、負荷を変えていった時のシリンダ
内のクランク角に対する燃焼圧力の変化を示したもので
あり、図2の(B)に示すのはそれをp−V線図上に表
したものである。したがって、ある一つの運転条件にお
ける燃焼圧のピークとなる角度に対してコンロッド3の
軸線がシリンダ1の中心線1x に一致する様にクランク
軸のオフセットを設定すれば、他の運転条件においても
コンロッド3の軸線がシリンダ1の中心軸1x にほぼ一
致して運転条件のほぼ全域にわたってサイドフォースを
減少させることができる。なお、MBTはMinimum Adva
nce for Best Torque の略であって、ある運転条件(回
転数、負荷一定)で点火時期を徐々に進めていくと出
力、効率は一旦最高になった後に、再び、低下していく
が、この出力、効率が最高になる点火時期は、一つの点
ではなくて、ある幅をもっているので、その中で最も遅
い点火時期をMBTといい、この様にして各運転条件に
対する点火時期を設定する方法もMBTという。
トンに作用する力を図示したものであって、図3でクラ
ンク軸の軸心をシリンダの中心線上に配置したコンベン
ショナルなエンジンについて説明したのと同様に、 Fg : 爆発荷重 Fi : 往復質量による慣性力 Q : サイドフォース D : シリンダ径 p : 燃焼圧力 Mi : 往復質量 α : ピストン加速度 とすると、 Fg =πD2 ×p/4 Fi =Mi α P =(Fg +Fi )secφ Q =(Fg +Fi )tanφとなるが、ここでφ=0
(ゼロ)であるのでサイドフォースQは0(ゼロ)とな
る。
の変化を示し、それに対応するサイドフォースの変化を
シリンダ中心と、クランク中心のオフセットを色々変え
た場合について示したものであって、上述したようにオ
フセットが0(ゼロ)の場合(図中a線)には、燃焼圧
力が最大になる時に、ほぼスラスト方向のサイドフォー
スが最大になっており、その値は本発明のようにシリン
ダ中心とコンロッド中心を一致させた場合(図中b線)
のサイドフォースの約3倍の値となっていることを示し
ている。また、オフセットを大きくし過ぎると図中c線
で示されるように反スラスト方向のサイドフォースが大
きくなる。なお、ここでスラスト方向とは、クランクピ
ンが真下に来た時にクランクピンに作用している慣性力
の作用している方向と同じであり、反スラスト方向と
は、クランクピンが真上に来た時にクランクピンに作用
している慣性力の作用している方向と同じである。
実施例の構成を模式的に表した図である。図において、
20はシリンダヘッドであって、21はその内部に配設
された燃焼室である。燃焼室21には2本の吸気ポート
22aと22b、および2本の排気ポート23aと23
bとが連通されており、吸気ポート22aと22bの下
流端部に24aと24bで示されるのは吸気バルブであ
り、排気ポート23aと23bの上流入口端部に25
a,25bで示されるのは排気バルブである。また、吸
気ポート22aと22bの上流側には、2本に分岐され
た吸気マニフォールド26aと26bとが接続されてい
るが、その内、26aの方には吸気制御弁27が配設さ
れており、吸気制御弁27はリンク機構28を介してア
クチュエータ29に連結されている。一方、燃焼室21
の壁面に設けられている30は燃焼圧センサであって、
請求項2の燃焼圧ピーク発生クランク角検出手段の一部
を構成する。また、31は電子制御ユニット(ECU)
であり、双方向性バスによって相互に接続されたROM
(リードオンリメモリ)、RAM(ランダムアクセスメ
モリ)、CPU(中央処理装置)、入力ポート、出力ポ
ート等を備えたディジタルコンピュータとして構成さ
れ、本第2の実施例では、機関全体(図示しない)の燃
料噴射量制御、点火時期制御等の基本制御をおこなう
他、アクチュエータ29にも接続されており、請求項2
の燃焼圧ピーク発生クランク角検出手段の一部を構成す
る燃焼圧センサ30が検出した燃焼圧と、クランク角セ
ンサ(図示しない)が検出したクランク角から燃焼圧ピ
ーク発生クランク角を演算し、その演算結果に応じて吸
気制御弁27の開弁制御をおこなう。
る制御は図7に示すフローチャートにしたがって行われ
る。 ・ステップ101では、燃焼圧力を読み込みステップ1
02に進む。 ・ステップ102では、燃焼圧力がピークとなった時の
クランク角を演算する。 ・ステップ103では、燃焼圧力がピークとなった時の
クランク角が、コンロッドの軸線がシリンダの軸線と一
致する時のクランク角と同じかどうか判定し、同じであ
れば終了し、同じでなければステップ104に進む。 ・ステップ104では、燃焼圧力がピークとなった時の
クランク角が、コンロッドの軸線がシリンダの軸線と一
致する時のクランク角より大きいかどうか判定し、大き
ければステップ105に進み吸気制御弁を閉じる指令を
発して終了し、小さければステップ106に進み吸気制
御弁を開く指令を発して終了する。
のクランク角が、コンロッドの軸線がシリンダの軸線と
一致する時のクランク角より大きければ吸気制御弁が閉
じられて吸気のスワールが強められて燃焼が速くなるよ
うにされ燃焼圧力がピークとなった時のクランク角とコ
ンロッドの軸線がシリンダの軸線と一致する時のクラン
ク角と一致するようにされる。逆に、燃焼圧力がピーク
となった時のクランク角が、コンロッドの軸線がシリン
ダの軸線と一致する時のクランク角より大きければ吸気
制御弁が開かれて吸気のスワールが弱められて燃焼が遅
くなるようにされ燃焼圧力がピークとなった時のクラン
ク角とコンロッドの軸線がシリンダの軸線と一致する時
のクランク角と一致するようにされる。
が、本第3の実施例は前記第2の実施例の変形例であっ
て、その構成は図5に示された第2の実施例の構成と同
じであるが、前記第2の実施例に対して燃焼速度を制御
する部分が異なり、前記第2の実施例では吸気制御弁の
開度を変えることによって燃焼速度を制御するのに対
し、点火時期を変えることによって燃焼速度を制御する
ものである。したがって、本第3の実施例ではECUに
よる点火時期の制御に別の要素が加わるだけである。
って、 ・ステップ201では、燃焼圧力を読み込みステップ1
02に進む。 ・ステップ202では、燃焼圧力がピークとなった時の
クランク角を演算する。 ・ステップ203では、燃焼圧力がピークとなった時の
クランク角が、コンロッドの軸線がシリンダの軸線と一
致する時のクランク角と同じかどうか判定し、同じであ
れば終了し、同じでなければステップ204に進む。 ・ステップ204では、燃焼圧力がピークとなった時の
クランク角が、コンロッドの軸線がシリンダの軸線と一
致する時のクランク角より大きいかどうか判定し、大き
ければステップ205に点火時期を進める指令を発して
終了し、小さければステップ206に点火時期を進める
指令を発して終了する。
のクランク角が、コンロッドの軸線がシリンダの軸線と
一致する時のクランク角より大きければ点火時期を進め
て燃焼速度を速めていって燃焼圧力がピークとなった時
のクランク角とコンロッドの軸線がシリンダの軸線と一
致する時のクランク角と一致するようにされる。逆に、
燃焼圧力がピークとなった時のクランク角が、コンロッ
ドの軸線がシリンダの軸線と一致する時のクランク角よ
り大きければ点火時期を遅らせて燃焼速度を遅らせてい
って燃焼圧力がピークとなった時のクランク角とコンロ
ッドの軸線がシリンダの軸線と一致する時のクランク角
と一致するようにされる。
ので、請求項1に記載のクランク軸の軸心をシリンダの
中心線からオフセットしたクランク軸オフセットエンジ
ンでは、燃焼圧力が最も高くなる時にピストンに作用す
るサイドフォースが0(ゼロ)にされ、ピストンとシリ
ンダの間の摩擦を低減し、結果的に燃費の向上に寄与す
る。また、請求項2に記載のクランク軸の軸心をシリン
ダの中心線からオフセットしたクランク軸オフセットエ
ンジンでは、コンロッドの軸線とシリンダの軸線が一致
する時に燃焼圧力が最も高くなる様にされるので燃焼圧
力が最も高い時のサイドフォースが0(ゼロ)になる様
に制御される。
を模式的に表した図であり、(A)はピストンが上死点
にある時、(B)はコンロッドの軸線がシリンダ中心線
上にある時を示している。
あって、(A)はクランク角の変化に対して示し、
(B)は体積の変化に対して示したp−V線図上に表し
たものである。
クランク軸の軸心をシリンダの中心線上に配置したオフ
セットが0(ゼロ)のコンベンショナルなエンジンの場
合について示したものである。
クランク軸の軸心がシリンダの中心線上に配置されてい
ないオフセットが0(ゼロ)でないエンジンの場合につ
いて示したものである。
し、それに対応するサイドフォースの変化をシリンダ中
心と、クランク中心のオフセットを色々変えた場合につ
いて示したものである。
を模式的に表した図である。
である。
のフローを示す図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 クランク軸の軸心をシリンダの中心線か
らオフセットしたクランク軸オフセットエンジンにおい
て、オフセット量が以下の関係により設定されているこ
とを特徴とするクランク軸オフセットエンジン、 A:燃焼圧ピーク発生クランク角(MBT進角時:上死
点からのクランク角) B:オフセット量÷クランク半径 C:上死点のクランク角(クランクピンが真上にある時
を基準とし、回転方向に計測)、とした時に、 A= sin-1B−C - 【請求項2】 クランク軸の軸心をシリンダの中心線か
らオフセットしたクランク軸オフセットエンジンにおい
て、燃焼圧ピーク発生クランク角検出手段と、燃焼速度
を制御する燃焼速度制御手段とを備え、以下の関係にな
る様に燃焼速度を制御することを特徴とするクランク軸
オフセットエンジン、 A:燃焼圧ピーク発生クランク角(MBT進角時:上死
点からのクランク角) B:オフセット量÷クランク半径 C:上死点のクランク角(クランクピンが真上にある時
を基準とし、回転方向に計測)、とした時に、 A= sin-1B−C
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5296931A JP3039234B2 (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | クランク軸オフセットエンジン |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP5296931A JP3039234B2 (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | クランク軸オフセットエンジン |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07150969A true JPH07150969A (ja) | 1995-06-13 |
JP3039234B2 JP3039234B2 (ja) | 2000-05-08 |
Family
ID=17840029
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5296931A Expired - Lifetime JP3039234B2 (ja) | 1993-11-26 | 1993-11-26 | クランク軸オフセットエンジン |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3039234B2 (ja) |
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