JP2018105159A - engine - Google Patents

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Yusuke Kitamoto
雄祐 北本
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To realize a light-weight Atkinson cycle mechanism with a simple structure.SOLUTION: An engine comprises: a piston 12; a piston pin 13; a crankshaft 14 including a crankpin 19; a connecting rod 15 including a small end part 20 connected to the piston pin 13, and a large end part 21 connected to the crankpin 19; an internal tooth part 23 and a supporting hole part 22 formed in the large end part 21; an eccentric bearing 16 rotatably attached to the supporting hole part 22, and in which an eccentric hole part 25 eccentric with respect to a center of the large end part 21 is formed; and a gear member 17 being attached to the crankpin 19, and engaging with the internal tooth part 23.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、エンジンに関し、特に燃焼効率を改善するエンジンに関する。   The present invention relates to an engine, and more particularly to an engine that improves combustion efficiency.

従来、膨張行程では、コンロッドがピストンの往復動方向に沿った状態で動き、吸気行程では、コンロッドが往復動方向に対して傾斜した状態で動くようにしたエンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１記載のエンジンでは、膨張行程におけるピストンストロークが、吸気行程におけるピストンストロークよりも大きくなる。その結果、膨張比を圧縮比よりも大きくすることができる。   Conventionally, an engine is known in which the connecting rod moves along the reciprocating direction of the piston in the expansion stroke, and the connecting rod moves in an inclined state with respect to the reciprocating direction in the intake stroke (for example, patents). Reference 1). In the engine described in Patent Document 1, the piston stroke in the expansion stroke is larger than the piston stroke in the intake stroke. As a result, the expansion ratio can be made larger than the compression ratio.

また、要求された動力に従ってエンジンのシリンダ圧力を調整するシリンダ圧力調整器を備えるエンジンが知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２記載のエンジンでは、シリンダの調整は、調整装置によって圧縮比を変えることにより行われる。調整装置は、連結ロッドがピストンを燃焼室ヘッドから所望の距離に上昇させるような位置に、調整ホイールを介して偏心ホイールを変える。調整装置は、シリンダに入る空気のボリュームを測定し、圧縮比を適切に調整する。また、調整装置は、圧縮圧力が適切に増大または低減されるように回転速度を考慮する。   Further, an engine including a cylinder pressure regulator that adjusts the cylinder pressure of the engine according to requested power is known (for example, see Patent Document 2). In the engine described in Patent Document 2, the cylinder is adjusted by changing the compression ratio with an adjusting device. The adjustment device changes the eccentric wheel via the adjustment wheel to a position where the connecting rod raises the piston to the desired distance from the combustion chamber head. The adjustment device measures the volume of air entering the cylinder and adjusts the compression ratio appropriately. The adjusting device also takes into account the rotational speed so that the compression pressure is appropriately increased or decreased.

特開２０１４−２３４７０７号公報JP 2014-234707 A 特表２０１３−５０２５２８号公報Special table 2013-502528 gazette

ところで、特許文献１記載の技術では、内周に歯を有するリングギヤと、リングギヤの歯に噛合する遊星ギヤと、ピストンに一端部が連結され、遊星ギヤにおけるその中心よりも径方向外側の位置に他端部が連結されたコネクティングロッドと、出力軸とを備えている。そのため、多数の部品を必要として構造が複雑になることにより、簡潔な構造により軽量にすることができない課題がある。   By the way, in the technique described in Patent Document 1, a ring gear having teeth on the inner periphery, a planetary gear meshing with the teeth of the ring gear, and one end of the planet gear are coupled to the piston gear at a position radially outward from its center. A connecting rod having the other end connected thereto and an output shaft are provided. For this reason, there is a problem that the structure cannot be reduced by a simple structure because a large number of parts are required and the structure is complicated.

また、特許文献２記載の技術では、シリンダの調整が、調整装置によって圧縮比を変えることにより行われる。調整装置は、エンジンのシリンダとは別所に設置されている。そのため、エンジン全体が大型化するとともに、多数の部品を必要として構造が複雑になることにより、簡潔な構造により軽量にすることができない課題がある。   Moreover, in the technique described in Patent Document 2, the cylinder is adjusted by changing the compression ratio with an adjusting device. The adjusting device is installed separately from the engine cylinder. For this reason, the entire engine is enlarged, and a large number of parts are required, resulting in a complicated structure. Thus, there is a problem that a simple structure cannot be reduced in weight.

本開示の技術は、簡潔な構造により軽量なアトキンソンサイクル機構を実現することを目的とする。   The technology of the present disclosure aims to realize a lightweight Atkinson cycle mechanism with a simple structure.

本開示の技術は、ピストンと、前記ピストンに取り付けられたピストンピンと、クランクピンを有するクランクシャフトと、前記ピストンピンに接続される小端部及び、前記クランクシャフトクランクピンに接続される大端部を有するコンロッドと、前記大端部に形成された内歯部及び、支持孔部と、前記支持孔部に回転自在に取り付けられると共に、前記大端部の中心に対して偏心した偏心孔部が形成された偏心ベアリングと、前記クランクピンに取り付けられると共に、前記内歯部に噛合された歯車部材と、を備えることを特徴とする。   The technology of the present disclosure includes a piston, a piston pin attached to the piston, a crankshaft having a crankpin, a small end connected to the piston pin, and a large end connected to the crankshaft crankpin. A connecting rod, an internal tooth portion formed at the large end, a support hole, and an eccentric hole that is rotatably attached to the support hole and is eccentric with respect to the center of the large end. It is provided with the formed eccentric bearing and the gear member which is attached to the said crankpin and meshed | engaged with the said internal gear part.

また、前記内歯部と前記歯車部材との歯車比が、３：１に設定されることが好ましい。   Moreover, it is preferable that the gear ratio of the said internal gear part and the said gear member is set to 3: 1.

本開示の技術によれば、簡潔な構造により軽量なアトキンソンサイクル機構を実現することができる。   According to the technique of the present disclosure, a lightweight Atkinson cycle mechanism can be realized with a simple structure.

本実施形態に係るエンジンを示すコンロッド側から視た一部破断斜視図である。It is the partially broken perspective view seen from the connecting rod side which shows the engine which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るエンジンを示すクランクシャフト側から視た斜視図である。It is the perspective view seen from the crankshaft side which shows the engine which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るエンジンの作用を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the effect | action of the engine which concerns on this embodiment.

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るエンジンについて説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。   Hereinafter, an engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The same parts are denoted by the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description thereof will not be repeated.

図１〜３に示すように、本実施形態に係るエンジン１０は、シリンダ（図３にのみ示す）１１と、ピストン（図３にのみ示す）１２と、ピストンピン１３と、クランクシャフト１４と、コンロッド１５と、偏心ベアリング１６と、歯車部材１７とを備えている。   As shown in FIGS. 1 to 3, the engine 10 according to the present embodiment includes a cylinder (shown only in FIG. 3) 11, a piston (shown only in FIG. 3) 12, a piston pin 13, a crankshaft 14, A connecting rod 15, an eccentric bearing 16, and a gear member 17 are provided.

エンジン１０は、ピストン１２の死点間の１回の移動を１行程とし、連続する４行程を１サイクルとして吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程とに順次割り当てる４ストロークのエンジンである。本実施形態では、エンジン１０を圧縮着火式のディーゼルエンジンとして説明するが、これとは異なり、火花点火式の４ストロークのガソリンエンジン、ＬＮＧ（液化石油ガス）やＣＮＧ（圧縮天然ガス）を燃料とするエンジンにも適用可能である。また、図中には１気筒の構成のみを示すが、エンジン１０は２気筒以上を備える多気筒エンジンであってもよい。   The engine 10 is a four-stroke engine in which one movement between dead centers of the piston 12 is defined as one stroke, and four consecutive strokes are defined as one cycle, and are sequentially assigned to an intake stroke, a compression stroke, an expansion stroke, and an exhaust stroke. In the present embodiment, the engine 10 will be described as a compression ignition type diesel engine, but unlike this, a spark ignition type 4-stroke gasoline engine, LNG (liquefied petroleum gas) or CNG (compressed natural gas) is used as fuel. It can also be applied to the engine. Moreover, although only the structure of one cylinder is shown in the drawing, the engine 10 may be a multi-cylinder engine having two or more cylinders.

シリンダ１１の上部には、不図示のシリンダヘッド、吸気バルブ、排気バルブ、カムシャフト、噴射ポンプ等が配置される。シリンダ１１の下方には、同じく不図示のシリンダブロックが配置されている。   A cylinder head (not shown), an intake valve, an exhaust valve, a camshaft, an injection pump, and the like are disposed on the cylinder 11. A cylinder block (not shown) is also arranged below the cylinder 11.

ピストン１２は、シリンダ１１内で上下に往復移動自在に収容されている。なお、ピストン１２の外周には、シリンダ１１の内壁との間の気密性を保持するための不図示のピストンリングが装着されている。   The piston 12 is accommodated in the cylinder 11 so as to be reciprocally movable up and down. A piston ring (not shown) is attached to the outer periphery of the piston 12 to maintain airtightness with the inner wall of the cylinder 11.

ピストンピン１３は、軸形状に形成されて、ピストン１２に設けられている不図示のピン孔に嵌合されている。ピストンピン１３は、ピン孔を介してピストン１２の中心（重心）に配置されている。   The piston pin 13 is formed in an axial shape and is fitted into a pin hole (not shown) provided in the piston 12. The piston pin 13 is disposed at the center (center of gravity) of the piston 12 through a pin hole.

クランクシャフト１４は、クランク軸１８と、クランクピン１９（図２にのみ示す）と、不図示のクランクアームとを備えている。クランク軸１８は、不図示のメタル等の軸受を介してシリンダブロックに回転自在に軸支されている。クランクピン１９は、クランク軸１８に対する平行位置において一方向に延出して形成されている。   The crankshaft 14 includes a crankshaft 18, a crankpin 19 (shown only in FIG. 2), and a crank arm (not shown). The crankshaft 18 is rotatably supported by the cylinder block via a bearing such as a metal (not shown). The crank pin 19 is formed to extend in one direction at a position parallel to the crank shaft 18.

コンロッド１５は、小端部２０と、大端部２１とを有する。小端部２０は、ピストン１２の内部においてピストンピン１３に回動自在に取り付けられる。大端部２１には、支持孔部２２と内歯部２３とが同心に形成されている。支持孔部２２は丸孔形状に形成されている。内歯部２３は平歯である。   The connecting rod 15 has a small end portion 20 and a large end portion 21. The small end portion 20 is rotatably attached to the piston pin 13 inside the piston 12. In the large end portion 21, a support hole portion 22 and an internal tooth portion 23 are formed concentrically. The support hole 22 is formed in a round hole shape. The internal tooth portion 23 is a flat tooth.

偏心ベアリング１６は、円板部２４を有する。円板部２４には、偏心孔部２５が形成されている。偏心ベアリング１６は、コンロッド１５の大端部２１において支持孔部２２に回転自在に支持される。   The eccentric bearing 16 has a disk portion 24. An eccentric hole portion 25 is formed in the disc portion 24. The eccentric bearing 16 is rotatably supported by the support hole 22 at the large end 21 of the connecting rod 15.

歯車部材１７は、歯部２６と軸部２７とを一体に有してクランクピン１９に取り付けられている。歯部２６は、平歯車であってコンロッド１５の大端部２１において内歯部２３に噛合される。軸部２７は、偏心ベアリング１６の偏心孔部２５に回動自在に挿通されている。   The gear member 17 has a tooth portion 26 and a shaft portion 27 integrally and is attached to the crankpin 19. The tooth portion 26 is a spur gear and meshes with the internal tooth portion 23 at the large end portion 21 of the connecting rod 15. The shaft portion 27 is rotatably inserted into the eccentric hole portion 25 of the eccentric bearing 16.

本実施形態において、コンロッド１５の内歯部２３と、歯車部材１７の歯部２６との歯数比は、好ましくは、３：１に設定されている。   In the present embodiment, the ratio of the number of teeth between the internal teeth 23 of the connecting rod 15 and the teeth 26 of the gear member 17 is preferably set to 3: 1.

次に、図３を用いてエンジン１０の作用について説明する。図３（Ａ）に示すように、吸気工程においては、ピストン１２の下降に伴いピストンピン１３は位置Ａ１から位置Ａ２まで下降する。このとき、偏心ベアリング１６は位置Ｂ１から位置Ｂ２まで図３中時計回転方向に２４０度回動する。これに伴い、歯車部材１７は位置Ｃ１から位置Ｃ２まで図３中時計回転方向に１８０度変位する。そのため、クランクピン１９の中心からピストンピン１３の中心までは距離Ｌ１に設定される。   Next, the operation of the engine 10 will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 3A, in the intake process, the piston pin 13 is lowered from the position A1 to the position A2 as the piston 12 is lowered. At this time, the eccentric bearing 16 rotates 240 degrees in the clockwise direction in FIG. 3 from the position B1 to the position B2. Accordingly, the gear member 17 is displaced 180 degrees in the clockwise direction in FIG. 3 from the position C1 to the position C2. Therefore, the distance L1 is set from the center of the crank pin 19 to the center of the piston pin 13.

図３（Ｂ）に示すように、吸気工程から圧縮工程に移行する際、ピストン１２の上昇に伴いピストンピン１３は位置Ａ２から位置Ａ３まで上昇する。このとき、偏心ベアリング１６は位置Ｂ２から位置Ｂ３まで図３中時計回転方向に２４０度回動する。これに伴い、歯車部材１７は位置Ｃ２から位置Ｃ３まで図３中時計回転方向に１８０度変位する。そのため、クランクピン１９の変位に伴い、クランクピン１９の中心からピストンピン１３の中心までは距離Ｌ１よりも長い距離Ｌ２に設定される。   As shown in FIG. 3B, when shifting from the intake process to the compression process, the piston pin 13 rises from the position A2 to the position A3 as the piston 12 rises. At this time, the eccentric bearing 16 rotates 240 degrees in the clockwise direction in FIG. 3 from the position B2 to the position B3. Accordingly, the gear member 17 is displaced 180 degrees in the clockwise direction in FIG. 3 from the position C2 to the position C3. Therefore, the distance from the center of the crankpin 19 to the center of the piston pin 13 is set to a distance L2 longer than the distance L1 with the displacement of the crankpin 19.

図３（Ｃ）に示すように、圧縮工程の終了時には、ピストンピン１３は位置Ａ３まで上昇している。このとき、偏心ベアリング１６は位置Ｂ２から位置Ｂ３まで回動している。これに伴い、歯車部材１７は位置Ｃ２から位置Ｃ３まで変位している。そのため、クランクピン１９の変位に伴い、クランクピン１９の中心からピストンピン１３の中心までは距離Ｌ２よりも短い距離Ｌ３に設定されている。   As shown in FIG. 3C, at the end of the compression process, the piston pin 13 is raised to the position A3. At this time, the eccentric bearing 16 rotates from the position B2 to the position B3. Accordingly, the gear member 17 is displaced from the position C2 to the position C3. Therefore, the distance from the center of the crankpin 19 to the center of the piston pin 13 is set to a distance L3 shorter than the distance L2 with the displacement of the crankpin 19.

図３（Ｄ）に示すように、次に、圧縮工程から膨張行程に移行する際、ピストン１２の下降に伴いピストンピン１３は位置Ａ３から位置Ａ４まで下降する。このとき、偏心ベアリング１６は位置Ｂ３から位置Ｂ４まで図３中時計回転方向に２４０度回動する。これに伴い、歯車部材１７は位置Ｃ３から位置Ｃ４まで図３中時計回転方向に１８０度変位する。そのため、クランクピン１９の変位に伴い、クランクピン１９の中心からピストンピン１３の中心までは、圧縮工程での距離Ｌ２よりも短い距離Ｌ４に設定される。   Next, as shown in FIG. 3D, when shifting from the compression step to the expansion stroke, the piston pin 13 is lowered from the position A3 to the position A4 as the piston 12 is lowered. At this time, the eccentric bearing 16 rotates 240 degrees from the position B3 to the position B4 in the clockwise direction in FIG. Accordingly, the gear member 17 is displaced 180 degrees in the clockwise direction in FIG. 3 from the position C3 to the position C4. Therefore, as the crank pin 19 is displaced, the distance from the center of the crank pin 19 to the center of the piston pin 13 is set to a distance L4 that is shorter than the distance L2 in the compression process.

本実施形態において、コンロッド１５の内歯部２３と、歯車部材１７の歯部２６と、の歯数比は、３：１に設定されているために、歯車部材１７の２回転の間に偏心ベアリング１６は１回転する。これにより、ピストン１２において、圧縮比よりも膨張比を大きく設定することが可能となり、燃焼効率が効果的に改善されるようになる。   In the present embodiment, since the gear ratio between the inner teeth 23 of the connecting rod 15 and the teeth 26 of the gear member 17 is set to 3: 1, the gear member 17 is eccentric between two rotations. The bearing 16 rotates once. Thereby, in piston 12, it becomes possible to set an expansion ratio larger than a compression ratio, and a combustion efficiency comes to be improved effectively.

以上詳述したように、本実施形態のエンジン１０によれば、歯車部材１７の変位に伴う偏心ベアリング１６の回動によって、ピストン１２のストロークを、吸気工程から圧縮工程に移行する際よりも圧縮工程から膨張行程に移行する際の方を大きく取ることができる。これにより、圧縮比よりも膨張比を大きく設定して、簡潔な構造により軽量なアトキンソンサイクル機構を実現することができる。   As described above in detail, according to the engine 10 of this embodiment, the stroke of the piston 12 is compressed more than when the stroke of the piston 12 is shifted from the intake process to the compression process by the rotation of the eccentric bearing 16 accompanying the displacement of the gear member 17. The direction at the time of shifting from the process to the expansion stroke can be increased. Thereby, an expansion ratio is set larger than a compression ratio, and a lightweight Atkinson cycle mechanism can be realized with a simple structure.

また、コンロッド１５の内歯部２３と、歯車部材１７の歯部２６と、の歯数比が、３：１に設定されているため、歯車部材１７の２回転の間に偏心ベアリング１６を１回転させることができる。   Further, since the gear ratio between the internal teeth 23 of the connecting rod 15 and the teeth 26 of the gear member 17 is set to 3: 1, the eccentric bearing 16 is set to 1 during the two rotations of the gear member 17. Can be rotated.

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変形して実施することができる。   In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment, In the range which does not deviate from the meaning of this invention, it can deform | transform suitably and can be implemented.

例えば、コンロッド１５の内歯部２３と歯車部材１７の歯部２６とは、図示した平歯車（平歯）に代えて、はす歯歯車（はす歯）を適用することもできる。   For example, a helical gear (helical tooth) can be applied to the internal tooth portion 23 of the connecting rod 15 and the tooth portion 26 of the gear member 17 instead of the illustrated spur gear (spur gear).

１０ エンジン
１２ ピストン
１３ ピストンピン
１４ クランクシャフト
１５ コンロッド
１６ 偏心ベアリング
１７ 歯車部材
１９ クランクピン
２０ 小端部
２１ 大端部
２２ 支持孔部
２３ 内歯部
２５ 偏心孔部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine 12 Piston 13 Piston pin 14 Crankshaft 15 Connecting rod 16 Eccentric bearing 17 Gear member 19 Crankpin 20 Small end part 21 Large end part 22 Support hole part 23 Internal tooth part 25 Eccentric hole part

Claims (2)

ピストンと、
前記ピストンに取り付けられたピストンピンと、
クランクピンを有するクランクシャフトと、
前記ピストンピンに接続される小端部及び、前記クランクシャフトクランクピンに接続される大端部を有するコンロッドと、
前記大端部に形成された内歯部及び、支持孔部と、
前記支持孔部に回転自在に取り付けられると共に、前記大端部の中心に対して偏心した偏心孔部が形成された偏心ベアリングと、
前記クランクピンに取り付けられると共に、前記内歯部に噛合された歯車部材と、を備える
ことを特徴とするエンジン。 A piston,
A piston pin attached to the piston;
A crankshaft having a crankpin;
A connecting rod having a small end connected to the piston pin and a large end connected to the crankshaft crankpin;
An internal tooth formed on the large end, and a support hole,
An eccentric bearing that is rotatably attached to the support hole portion and formed with an eccentric hole portion that is eccentric with respect to the center of the large end portion;
A gear member attached to the crank pin and meshed with the internal gear portion. 前記内歯部と前記歯車部材との歯車比が、３：１に設定された
請求項１に記載のエンジン。 The engine according to claim 1, wherein a gear ratio between the internal gear portion and the gear member is set to 3: 1.
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