JPH10196396A - Variable stroke device for miller cycle engine - Google Patents

Variable stroke device for miller cycle engine

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Publication number
JPH10196396A
JPH10196396A JP9032538A JP3253897A JPH10196396A JP H10196396 A JPH10196396 A JP H10196396A JP 9032538 A JP9032538 A JP 9032538A JP 3253897 A JP3253897 A JP 3253897A JP H10196396 A JPH10196396 A JP H10196396A
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JP
Japan
Prior art keywords
gear
stroke
crankshaft
cylinders
carrier plate
Prior art date
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Pending
Application number
JP9032538A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Nakagawa
浩治 中川
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication date
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Publication of JPH10196396A publication Critical patent/JPH10196396A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/32Miller cycle
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Supercharger (AREA)
  • Transmission Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a variable stroke device for increasing an expansion ratio by being an expansion stroke and an exhaust stroke larger than a suction stroke and a compression stroke without providing an operation mechanism of an intake valve and a supercharger. SOLUTION: A crankshaft pinion gear 5 is rotated by vertically reciprocating motion of a piston 1 via a crankshaft 8. By the rotation of the crankshaft pinion gear 5, a rotation is transmitted to a sun gear 4 as output while the crankshaft pinion gear 5 rotates twice along a ring gear 6 incorporated into and fixed to a cylinder block, to thereby rotate the ring gear 6 once. Accordingly, it is possible to be an expansion stroke and an exhaust stroke larger than a suction stroke and a compression stroke.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕この発明は、ミラーサイクルエンジ
ンの行程可変装置に関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a variable stroke device for a Miller cycle engine.

〔発明の技術的背景と問題点〕ミラーサイクルの理論の
概要として、熱エネルギーを機械的エネルギーに効率よ
く変換させるために、吸入行程と圧縮行程よりも膨張行
程と排気行程を大きくする。つまり、膨張比を大きくす
る考えである。その方法として、吸気バルブを下死点前
に閉じる早閉じ式と下死点後に閉じる遅閉じ式とがあ
る。早閉じ式は、高回転での吸気量が極端に減少するた
めに思うような出力が得られない。このようなことから
理論上のみで実用化されていない。又、他方の遅閉じ式
は実用化されてはいるが、吸気行程で一旦吸い込んだ混
合気を、下死点後シリンダーから吸気バルブを通って吸
気系統に押し戻されるため、吸入できる吸気量も減少す
る。よって、トルクは吸入した混合気の量に比例するた
めトルク不足となる問題が生じる。この問題点を克服す
る方法として、ミラーサイクルエンジンは過給式である
ことが条件である。過給機を絶対必要条件とすること
は、コスト、小型、軽量、効率、搭載性等の面から難し
く実用的ではない。
[Technical Background and Problems of the Invention] As an outline of the theory of the Miller cycle, in order to efficiently convert heat energy into mechanical energy, the expansion stroke and the exhaust stroke are made larger than the suction stroke and the compression stroke. That is, the idea is to increase the expansion ratio. As a method, there are an early closing type in which the intake valve is closed before the bottom dead center and a late closing type in which the intake valve is closed after the bottom dead center. In the early closing type, an output that is expected cannot be obtained because the intake air amount at a high rotation is extremely reduced. For this reason, it has not been put to practical use only in theory. In addition, although the other type of late closing has been put to practical use, the air-fuel mixture once sucked in the intake stroke is pushed back from the cylinder through the intake valve to the intake system after the bottom dead center, reducing the amount of intake air that can be taken in. I do. Therefore, since the torque is proportional to the amount of the air-fuel mixture taken in, there is a problem that the torque becomes insufficient. To overcome this problem, the Miller cycle engine must be supercharged. Making the turbocharger an absolutely necessary condition is difficult and impractical in terms of cost, small size, light weight, efficiency, mountability and the like.

〔発明の目的〕この発明はかかる点に鑑み、吸気バルブ
の操作機構と過給機を設けず、クランクシャフトピニオ
ンギヤが、シリンダーブロックに組み込まれて固定され
たリングギヤに沿って、2回自転しながらサンギヤに出
力として回転を伝えるとともに、リングギヤを1回公転
することにより、吸入行程と圧縮行程よりも膨張行程と
排気行程を大きくする。つまり、エンジンの熱エネルギ
ーを機械的エネルギーに効率よく変換させるために、ピ
ストン自体の動きによって膨張比を大きくするための行
程可変装置を得る目的とする。
[Object of the Invention] In view of the above, the present invention does not provide an intake valve operating mechanism and a supercharger, and the crankshaft pinion gear rotates twice along a ring gear fixedly incorporated in a cylinder block. By transmitting rotation as output to the sun gear and making one revolution of the ring gear, the expansion stroke and the exhaust stroke are made larger than the suction stroke and the compression stroke. That is, in order to efficiently convert the thermal energy of the engine into mechanical energy, it is an object to obtain a variable stroke device for increasing the expansion ratio by the movement of the piston itself.

〔発明の構成〕以下、本発明を図面に示す実施例につい
て説明する。ピストン1の上下往復運動は、各気筒毎に
それぞれ独立したクランクシャフト8によって回転運動
に変えられる。この回転運動は、クランシャフト8の両
端部に一体成形された左右2個づつのクランクシャフト
ピニオンギヤ5の回転となる。クランクシャフトピニオ
ンギヤ5の回転は、シリンダーブロックに組み込まれて
固定されたリングギヤ6に沿って、2回自転しながらサ
ンギヤ4に出力として回転を伝えるとともに、リングギ
ヤ6を1回公転する。第3図は、吸入行程の状態を示し
た図である。クランクシャフトピニオンギヤ5の位置
は、サンギヤ4の真上の位置に存在し、クランクシャフ
トアーム9は下を向いた状態となる。第4図は、圧縮行
程の状態を示した図である。第3図の吸入下死点より、
クランクシャフトピニオンギヤ5が180゜右回転した
状態である。クランクシャフトピニオンギヤ5の位置
は、サンギヤの真左の位置に存在し、クランクシャフト
アーム9は上を向いた状態となる。第5図は、膨張行程
を示した図である。第4図よりクランクシャフトピニオ
ンギヤ5が更に180゜右回転した状態で、クランクシ
ャフトアーム9は下向きで、クランクシャフトピニオン
ギヤ5の位置はサンギヤの真下に位置する。第6図は排
気行程を示し、第5図より更にクランクシャフトピニオ
ンギヤ5が180゜右回転した状態を示す。クラクシャ
フトアーム9は上向きで、クランクシャフトピニオンギ
ヤ5はサンギヤの右真横の位置となる。以上のように、
第3図の吸気行程と第4図の圧縮行程よりも、第5図の
膨張行程と第6図の排気行程が大きくなって、結果的に
膨張比が大きくなり熱効率が向上する。
[Construction of the Invention] The present invention will be described below with reference to embodiments shown in the drawings. The vertical reciprocating motion of the piston 1 is changed into a rotary motion by a crankshaft 8 which is independent for each cylinder. This rotational movement is the rotation of two left and right crankshaft pinion gears 5 integrally formed at both ends of the cran shaft 8. The rotation of the crankshaft pinion gear 5 transmits the rotation as an output to the sun gear 4 while rotating twice, and revolves the ring gear 6 once, along a ring gear 6 fixed in the cylinder block. FIG. 3 is a diagram showing a state of a suction stroke. The position of the crankshaft pinion gear 5 is located directly above the sun gear 4, and the crankshaft arm 9 is in a state of facing downward. FIG. 4 is a view showing a state of a compression stroke. From the bottom dead center of inhalation in FIG.
This is a state in which the crankshaft pinion gear 5 is rotated right by 180 °. The position of the crankshaft pinion gear 5 exists at a position immediately to the left of the sun gear, and the crankshaft arm 9 is in an upward state. FIG. 5 is a diagram showing an expansion stroke. 4, the crankshaft arm 9 faces downward with the crankshaft pinion gear 5 further rotated clockwise by 180 °, and the crankshaft pinion gear 5 is located immediately below the sun gear. FIG. 6 shows the exhaust stroke, and shows a state in which the crankshaft pinion gear 5 is further rotated by 180 ° clockwise than in FIG. The crack shaft arm 9 faces upward, and the crankshaft pinion gear 5 is located right next to the sun gear. As mentioned above,
The expansion stroke in FIG. 5 and the exhaust stroke in FIG. 6 are larger than the intake stroke and the compression stroke in FIG. 4, and as a result, the expansion ratio is increased and the thermal efficiency is improved.

〔発明の効果〕以上説明したように、この発明は、ピス
トンの上下往復運動を各気筒毎にそれぞれ独立したクラ
ンクシャフトによって回転運動に変えられる。この回転
運動は、クランシャフトの両端部に一体成形された左右
2個づつのクランクシャフトピニオンギヤの回転とな
る。クランクシャフトピニオンギヤの回転は、シリンダ
ーブロックに組み込まれ固定されたリングギヤに沿っ
て、2回自転しながらサンギヤに出力として回転を伝え
るとともに、リングギヤを1回公転する。この結果、吸
気バルブの操作を行わずして、吸入行程と圧縮行程より
も膨張行程と排気行程を大きくすることができる。つま
り、膨張比を大きくすることができるので熱効率が高
く、小排気量で高効率エンジンが可能となる。又、トル
クの大きさは、膨張力が一定であれば、クランクシャフ
トのアームの長さで決定される。高トルクを得るため
に、クランクシャフトのアームの長さを長くすればする
ほどよい。しかし、圧縮比の関係で制限される。従っ
て、第3図と第4図を比較すると、第4図ではクランク
シャフトピニオンギヤがサンギヤと水平の位置まで下が
ることから、実際のクランクシャフトのアームの長さか
ら、第3図のクランクシャフトピニオンギヤの位置の中
心点から、サンギヤの中心点までの長さを差し引いたも
のを2倍すると、吸入と圧縮の行程の長さとなる。つま
り、実際のクランクシャフトアームの長さの2倍が吸入
及び圧縮行程ではなく、それよりも短い吸入行程と圧縮
行程が可能となる。よって、小排気量で高トルクが得ら
れこととなる。
[Effects of the Invention] As described above, according to the present invention, the vertical reciprocating motion of the piston can be changed into the rotary motion by the independent crankshaft for each cylinder. This rotational movement is the rotation of two crankshaft pinion gears, one on the left and one on the left, which are integrally formed at both ends of the clan shaft. The rotation of the crankshaft pinion gear transmits rotation as output to the sun gear while rotating twice, and revolves the ring gear once, along a ring gear incorporated and fixed in the cylinder block. As a result, the expansion stroke and the exhaust stroke can be made longer than the intake stroke and the compression stroke without operating the intake valve. That is, since the expansion ratio can be increased, the thermal efficiency is high, and a high-efficiency engine with a small displacement can be realized. The magnitude of the torque is determined by the length of the arm of the crankshaft if the expansion force is constant. It is better to increase the length of the arm of the crankshaft in order to obtain high torque. However, it is limited by the compression ratio. Accordingly, comparing FIG. 3 with FIG. 4, the crankshaft pinion gear is lowered to a position horizontal to the sun gear in FIG. 4, so that the crankshaft pinion gear of FIG. If the value obtained by subtracting the length from the center point of the position to the center point of the sun gear is doubled, the length of the suction and compression strokes is obtained. That is, the length of the actual crankshaft arm is not twice the length of the suction and compression strokes, but a shorter suction stroke and compression stroke can be achieved. Therefore, a high torque can be obtained with a small displacement.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【第1図】ミラーサイクルエンジンの行程可変装置の横
断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a variable stroke device of a Miller cycle engine.

【第2図】第1図のA−A矢視側面図である。FIG. 2 is a side view taken along the line AA of FIG. 1;

【第3図】吸入行程の実施例を示す横断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing an embodiment of a suction stroke.

【第4図】圧縮行程の実施例を示す横断面図である。FIG. 4 is a cross sectional view showing an embodiment of a compression stroke.

【第5図】膨張行程の実施例を示す横断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view showing an embodiment of an expansion stroke.

【第6図】排気行程の実施例を示す横断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing an example of an exhaust stroke.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ピストン 2 コンロット 3 ピニオンギヤ 4 サンギヤ 5 クランクシャフトピニオンギヤ 6 リングギヤ 7 キャリアプレート 8 クランクシャフト 9 クランクシャフトアーム DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Piston 2 Conlot 3 Pinion gear 4 Sun gear 5 Crankshaft pinion gear 6 Ring gear 7 Carrier plate 8 Crankshaft 9 Crankshaft arm

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ピストン(1)の上下往復運動は、各気
筒毎にそれぞれ独立したクランクシャフト(8)によっ
て回転運動に変えられる。この回転運動は、クランクシ
ャフト(8)の両端部に一体成形された左右2個づつの
クランクシャフトピニオンギヤ(5)の回転となる。ク
ランクシャフトピニオンギヤ(5)の回転は、シリンダ
ーブロックに組み込まれ固定されたリングギヤ(6)に
沿って、2回自転しながらサンギヤ(4)に出力として
回転を伝えるとともに、リングギヤ(6)を1回公転す
る。これによって、吸入行程と圧縮行程よりも膨張行程
と排気行程を大きくすることができることを特徴とし
た、ミラーサイクルエンジンの行程可変装置。
1. The vertical reciprocating motion of the piston (1) is changed into a rotary motion by an independent crankshaft (8) for each cylinder. This rotational movement is rotation of two left and right crankshaft pinion gears (5) integrally formed at both ends of the crankshaft (8). The rotation of the crankshaft pinion gear (5) is transmitted along the ring gear (6) incorporated in the cylinder block and fixed to the sun gear (4) while rotating twice, and the ring gear (6) is rotated once. Revolve. Thus, a variable stroke device for a Miller cycle engine characterized in that the expansion stroke and the exhaust stroke can be made larger than the intake stroke and the compression stroke.
【請求項2】 クンクシャフト(8)両端部の軸受部
は、シリンダーブロックに組み込まれ固定されたリング
ギヤ(6)と、クランクシャフトピニオンギヤ(5)、
ピニオンギヤ(3)、サンギヤ(4)、キャリアプレー
ト(7)等の部品から構成される。そして、ピストン
(1)からの衝撃荷重は、キャリアプレート(7)と各
ギヤ(3、4、5、6)に直接加わる。このために、各
ギヤ(3、4、5、6)の接触面積を大きくして、衝撃
荷重を軽減させる必要がある。そのために、軸受部の両
端左右の各ギヤ(3、4、5、6)にそれぞれヘリカル
歯車を用いる。しかし、ヘリカル歯車を用いるとスラス
トの原因となるために、軸受部の両端左右の歯形はそれ
ぞれ逆向きとする。又、キャリアプレート(7)は各ギ
ヤ(3、4、5)のシャフトを組み付ける都合上分割補
給となる。よって、分割にされたキャリアプレート
(7)は、各ギヤ(3、4、5)のシャフトに軸着する
ように突き合わせて組み付け、各ギヤ(3、4、5)の
シャフトの公転方向に連動し、各ギヤ(3、4、5)の
位置決めとピストン(1)からの衝撃荷重の一部を受け
持つようにしたことを特徴とする、ミラーサイクルエン
ジンの行程可変装置のクランクシャフト軸受装置。
2. The bearing portion at both ends of the kunk shaft (8) includes a ring gear (6) incorporated and fixed in a cylinder block, a crankshaft pinion gear (5),
It is composed of components such as a pinion gear (3), a sun gear (4), and a carrier plate (7). The impact load from the piston (1) is directly applied to the carrier plate (7) and each gear (3, 4, 5, 6). For this reason, it is necessary to reduce the impact load by increasing the contact area of each gear (3, 4, 5, 6). For this purpose, helical gears are used for the respective gears (3, 4, 5, 6) at both ends of the bearing. However, if a helical gear is used, thrust may be caused. Therefore, the right and left tooth profiles of both ends of the bearing are reversed. Further, the carrier plate (7) is divided and replenished for convenience in assembling the shaft of each gear (3, 4, 5). Therefore, the divided carrier plate (7) is assembled by abutting the shaft of each gear (3, 4, 5) so as to be axially attached thereto, and interlocked with the revolving direction of the shaft of each gear (3, 4, 5). A crankshaft bearing device for a variable stroke device of a Miller cycle engine, characterized in that the gears (3, 4, 5) are positioned and a part of the impact load from the piston (1) is received.
【請求項3】 気筒数と点火順序の設定は、キャリアプ
レート(7)にクランクシャフトピニオンギヤ(5)を
組み込む配置をサンギヤ(4)を中心点にして、2気筒
は180゜、4気筒及び8気筒は90゜、3気筒及び6
気筒は120゜といった具合に、等間隔に軸着すること
によって行うことを特徴とした、ミラーサイクルエンジ
ンのキャリアプレート(7)による、気筒数及び点火順
序設定装置。
3. The setting of the number of cylinders and the ignition sequence is based on the arrangement in which the crankshaft pinion gear (5) is incorporated in the carrier plate (7) with the sun gear (4) as the center point. Cylinders are 90 ゜, 3 cylinders and 6 cylinders
A device for setting the number of cylinders and the ignition sequence by means of a carrier plate (7) of a Miller cycle engine, characterized in that the cylinders are mounted at equal intervals, for example at 120 °.
JP9032538A 1997-01-07 1997-01-07 Variable stroke device for miller cycle engine Pending JPH10196396A (en)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010007495A (en) * 2008-06-24 2010-01-14 Fuji Heavy Ind Ltd Engine crankshaft structure
KR100969376B1 (en) 2008-03-31 2010-07-09 현대자동차주식회사 Variable compression ratio apparatus
JP2015214900A (en) * 2014-05-08 2015-12-03 いすゞ自動車株式会社 engine
JP2015214901A (en) * 2014-05-08 2015-12-03 いすゞ自動車株式会社 engine
JP2016075208A (en) * 2014-10-06 2016-05-12 いすゞ自動車株式会社 engine

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