JPH04119212A - Piston crank system - Google Patents
Piston crank systemInfo
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- JPH04119212A JPH04119212A JP23942190A JP23942190A JPH04119212A JP H04119212 A JPH04119212 A JP H04119212A JP 23942190 A JP23942190 A JP 23942190A JP 23942190 A JP23942190 A JP 23942190A JP H04119212 A JPH04119212 A JP H04119212A
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- Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
- Transmission Devices (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明はピストンクランク機構に関し、特に、ストロー
ク長を可変にでき、またはストロークの位相を変更でき
るようにしたピストンクランク機構に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a piston crank mechanism, and more particularly to a piston crank mechanism in which the stroke length can be made variable or the stroke phase can be changed.
［従来の技術］
従来から、ポンプ、コンプレッサー、内燃機関、蒸気機
関等には広くピストンクランク機構が使用されている。[Prior Art] Piston crank mechanisms have been widely used in pumps, compressors, internal combustion engines, steam engines, and the like.
このピストンクランク機構は、クランク軸と、クランク
軸によって駆動されるコ字状のクランクアームおよびク
ランクピンと、クランクピンに連接棒を介して接続され
たピストンとを備えている。This piston crank mechanism includes a crankshaft, a U-shaped crank arm and a crankpin driven by the crankshaft, and a piston connected to the crankpin via a connecting rod.
［発明が解決しようとする課題］
このようなピストンクランク機構では下記のような難点
がある。[Problems to be Solved by the Invention] Such a piston crank mechanism has the following difficulties.
■、水ポンプコンプレッサー等においては、ストローク
、回転数が同じならば吐出量は大喜一定である。従って
、供給量（吐出量）と消費量のバランスをとるためには
通常次に示すような方法に依る。(2) In water pump compressors, etc., if the stroke and rotation speed are the same, the discharge amount is constant. Therefore, in order to balance the supply amount (discharge amount) and the consumption amount, the following method is usually used.
（イ）吐出側に気蓄器を設ける。気蓄器圧力上昇（供給
過多）によりプレッシャースイッチを動作（ｏｆｆ）し
て運転停止させ、気蓄器圧力下降（供給不足）によりプ
レッシャースイッチ復帰（ｏｎ）して再運転させる。こ
の方法では動力の損失が多く、主に小型機に採用される
。(a) Provide an air storage device on the discharge side. When the pressure in the gas accumulator increases (too much supply), the pressure switch is activated (off) to stop the operation, and when the pressure in the gas accumulator decreases (insufficient supply), the pressure switch is turned back on (on) to restart the operation. This method causes a lot of power loss and is mainly used in small aircraft.
（ロ）同じく気蓄器を設け、気蓄器圧力上昇にてリリー
フ弁を動作させて吐出側ガスを吸入側へ還流させる。気
蓄器圧力が下がればリリーフ弁は閉じ正常運転に入る。(b) Similarly, an air accumulator is provided, and when the air accumulator pressure rises, the relief valve is operated to recirculate the discharge side gas to the suction side. When the gas accumulator pressure drops, the relief valve closes and normal operation resumes.
ポンプは主としてこの方法をとる。この方法では動力の
損失か多い。Pumps mainly use this method. This method results in a lot of power loss.
（ハ）同じ（気蓄器を設け、気蓄器の圧力上昇にてアン
ローダ−を動作させて吸入弁を開放し圧縮行程を遊ばせ
るので、この間圧縮は行なわれない。気蓄器の圧力低下
によりアンローダ−は復帰して正常運転に入る。アンロ
ーダ−は消費側必要圧力十αに設定されるので吐出圧力
は高くなり動力の損失を生じる。(C) Same (a gas accumulator is provided, and as the pressure in the gas accumulator increases, the unloader is operated to open the suction valve and the compression stroke is allowed to idle, so no compression occurs during this time. Pressure decrease in the gas accumulator) As a result, the unloader returns to normal operation.Since the unloader is set to the necessary pressure on the consumption side of 10a, the discharge pressure becomes high, causing a loss of power.
（ニ）無段変速機、モータのインバーター制御により回
転数を変えて容量を制御する。設備費が嵩み、動力の損
失も多く、大容量機には適さない。(d) Continuously variable transmission and motor inverter control to change the rotation speed and control the capacity. Equipment costs are high, there is a lot of power loss, and it is not suitable for large-capacity machines.
Ｉｌ、 ４サイクルエンジンにおいては、圧縮比の関
係上ピストンの上死点にてこれに見合った頂隙を有して
いるため、排気行程に際しこの頂隙に排気ガスが残留し
、残留ガスは吸入ガスと混合して爆発行程時燃焼を妨げ
燃焼効率を落とすと共に、一部下完全燃焼による有害ガ
スの発生を助長している。また、排気行程においては、
排気の残量を減らすため吸入弁、排気弁の開閉時期をオ
ーバーラツプさせているので、これによる損失も生じて
いる。In a 4-stroke engine, due to the compression ratio, the piston has a corresponding top gap at the top dead center, so exhaust gas remains in this top gap during the exhaust stroke, and the residual gas is absorbed into the piston. It mixes with gas and prevents combustion during the explosion stroke, lowering combustion efficiency, and also promotes the generation of harmful gases due to partially complete combustion. Also, in the exhaust stroke,
In order to reduce the remaining amount of exhaust gas, the opening and closing timings of the intake and exhaust valves overlap, which also causes losses.
■、エアーコンプレッサーにおいては、ビストンストロ
ーク、シリンダの項隙が一定（ビストンストロークの位
相が一定）であり回転数が一定でも、気温、湿度等の吸
入条件（四季、日中、夜間等の気象の変化）により容量
は１０％前後変動する。従って、常に一定量の空気を連
続して供給する場合には次の方法をとる。■In an air compressor, even if the piston stroke and the cylinder gap are constant (the phase of the piston stroke is constant) and the rotational speed is constant, the suction conditions such as temperature and humidity (seasonal, daytime, nighttime, etc.) The capacity fluctuates by around 10% due to Therefore, if a constant amount of air is to be continuously supplied, the following method is used.
（イ）大容量の気蓄器を吐出側に設け、アンローダ−を
備える。アンローダーを間歇作動させて気蓄器出口の流
量を一定にする。この方法ではアンローダ−による制御
なので動力の損失を伴う。(a) A large-capacity gas accumulator is provided on the discharge side, and an unloader is provided. The unloader is operated intermittently to maintain a constant flow rate at the outlet of the gas accumulator. This method involves a loss of power because it is controlled by an unloader.
（ロ）無段変速機、モータのインバーター制御により回
転数を制御して吐出量を一定に保つ方式の場合、設備費
が嵩み、同じく動力の損失も生じ、また大容量機には適
さない。(b) In the case of a continuously variable transmission or motor inverter control to control the rotation speed and keep the discharge amount constant, equipment costs increase, power loss also occurs, and it is not suitable for large-capacity machines. .
［発明の目的］
本発明は上記従来の難点に鑑みなされたもので、その目
的とするところは、ストローク長を随時無段階に可変に
でき、および／またはストロークの位相を変更でき運転
中随時無段階に適量の容量調節ができる動力の損失も少
ないピストンクランク機構を提供せんとするものである
。[Object of the Invention] The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional difficulties, and its purpose is to make it possible to make the stroke length steplessly variable at any time and/or to change the phase of the stroke at any time during operation. It is an object of the present invention to provide a piston crank mechanism that can adjust the capacity in stages and has little loss of power.
また、本発明の他の目的は、燃焼効率が改善され、エン
ジンの性能を向上することができるピストンランク機構
を提供せんとするものである。Another object of the present invention is to provide a piston rank mechanism that improves combustion efficiency and improves engine performance.
［課題を解決する手段］
この目的を達成するため、本発明のピストンクランク機
構は、クランク軸と、前記クランク軸によって駆動され
るコ字状のクランクアームおよびクランクピンと、前記
クランクピンに連接棒を介して接続されシリンダ内を往
復摺動するピストンとを備えたピストンクランク機構に
おいて、前記クランクピンには従動遊星歯車と、前記従
動遊星歯車に固定された偏芯輪とを支承し、前記連接棒
をその外輪によって前記偏芯輪外周に枢着し、前記クラ
ンクアームに設けられて前記従動遊星歯車に噛み合う駆
動遊星歯車を備えたものである。[Means for Solving the Problem] In order to achieve this object, the piston crank mechanism of the present invention includes a crankshaft, a U-shaped crank arm and a crankpin driven by the crankshaft, and a connecting rod to the crankpin. In the piston crank mechanism, the crank pin supports a driven planetary gear and an eccentric ring fixed to the driven planetary gear, and the connecting rod is pivotally connected to the outer periphery of the eccentric ring by its outer ring, and includes a driving planetary gear provided on the crank arm and meshing with the driven planetary gear.
また、本発明のピストンクランク機構は、クランク軸と
、クランク軸によって駆動されるコ字状のクランクアー
ムおよびクランクピンと、クランクピンに連接棒を介し
て接続されシリンダ内を往復摺動するピストンとを備え
たピストンクランク機構において、クランクピンには従
動遊星歯車と、従動遊星歯車に固定された偏芯輪とを支
承し、連接棒をその外輪によって偏芯輪外周に枢着し、
クランクアームに設けられて従動遊星歯車に噛み合う駆
動遊星歯車と、駆動遊星歯車を回動して従動遊星歯車を
介して偏芯輪と外輪との円周方向の相対的位置を変更す
る調節手段とを備えたものである。Further, the piston crank mechanism of the present invention includes a crankshaft, a U-shaped crank arm and a crankpin driven by the crankshaft, and a piston that is connected to the crankpin via a connecting rod and slides back and forth within the cylinder. In the piston crank mechanism, the crank pin supports a driven planetary gear and an eccentric ring fixed to the driven planetary gear, and a connecting rod is pivotally connected to the outer periphery of the eccentric ring by its outer ring,
a driving planetary gear provided on the crank arm and meshing with the driven planetary gear; and an adjusting means for rotating the driving planetary gear to change the relative position of the eccentric ring and the outer ring in the circumferential direction via the driven planetary gear. It is equipped with the following.
［作用］
このように構成されたピストンクランク機構において、
このピストンクランク機構をポンプ、コンプレッサーに
適用した場合、外部原動機や電動機よりクランク軸が回
転駆動され、クランクアームおよびクランクピンが回転
することにより連接棒を介してシリンダ内をピストンが
往復摺動する。[Operation] In the piston crank mechanism configured in this way,
When this piston crank mechanism is applied to a pump or compressor, the crankshaft is rotationally driven by an external prime mover or electric motor, and as the crank arm and crank pin rotate, the piston reciprocates within the cylinder via the connecting rod.
これにより吸入弁、排出弁がピストンの往復運動に応じ
て交互に開閉し容積型ポンプ、コンプレッサー機構を構
成する。駆動遊星歯車と従動遊星歯車の歯数比を２：１
にすれば、調節手段により駆動遊星歯車の円周方向の相
対的位置、即ち角度を調節することにより、駆動遊星歯
車に噛み合う従動遊星歯車は角度変位するので、これに
固定された偏芯輪もクランクピンのセンターに対して同
じく角度変位するから、外輪、連接棒を介してピストン
のストロークは、固有のクランク半径をＲ１偏芯輪Ｅの
偏芯距離をＥｃとすると、２（Ｒ＋Ｅｃ）〜２（Ｒ−Ｅ
ｃ）の範囲を随時無段階に増減でき、動力の損失は極め
て少ない。As a result, the suction valve and the discharge valve alternately open and close in response to the reciprocating motion of the piston, forming a positive displacement pump and compressor mechanism. The gear ratio of the driving planetary gear and the driven planetary gear is 2:1.
By adjusting the circumferential relative position, that is, the angle, of the driving planetary gear using the adjustment means, the driven planetary gear that meshes with the driving planetary gear is angularly displaced, so that the eccentric ring fixed thereto also changes. Since it is angularly displaced in the same way with respect to the center of the crank pin, the stroke of the piston via the outer ring and connecting rod is 2 (R + Ec) ~ 2, assuming that the unique crank radius is R1 and the eccentric distance of the eccentric ring E is Ec. (R-E
The range of c) can be increased or decreased steplessly at any time, and the loss of power is extremely small.
また、このピストンクランク機構をエアーコンプレッサ
ーに適用した場合、駆動遊星歯車と従動遊星歯車の歯数
比を１：１にすれば、調節手段により駆動遊星歯車の円
周方向の相対的位置、即ち角度を調節することにより、
駆動遊星歯車に噛み合う従動遊星歯車は角度変位するの
で、これに固定された偏芯輪もクランクピンのセンター
に対して同じく角度変位するが、外輪、連接棒を介して
ピストンのストロークは一定で、そのストロークの位相
、即ち位置が０〜Ｅｃだけ移動する。即ち、この範囲で
ピストンの填隙を運転中随時無段階に適量の容量調節が
できる。ガスコンプレッサーにおいては、この填隙を調
節することにより、１０％程度の小幅の容量調節が可能
であり、また、動力の損失も少ない。流量（圧力）セン
サーを用いて調節手段を自動調節すれば、容易にしかも
動力の損失も極めて少なくして流量（実容量）を一定に
制御できる。In addition, when this piston crank mechanism is applied to an air compressor, if the tooth ratio of the driving planetary gear and the driven planetary gear is set to 1:1, the relative position of the driving planetary gear in the circumferential direction, that is, the angle By adjusting the
Since the driven planetary gear that meshes with the driving planetary gear is angularly displaced, the eccentric ring fixed to it is also angularly displaced with respect to the center of the crank pin, but the stroke of the piston is constant through the outer ring and connecting rod. The phase of the stroke, that is, the position moves by 0 to Ec. That is, within this range, the filling gap of the piston can be adjusted steplessly to an appropriate amount at any time during operation. In a gas compressor, by adjusting this filling gap, the capacity can be adjusted within a small range of about 10%, and the loss of power is also small. If the regulating means is automatically adjusted using a flow rate (pressure) sensor, the flow rate (actual capacity) can be easily controlled to a constant level with extremely little loss of power.
さらに、このピストンクランク機構を４サイクルエンジ
ンに適用した場合、駆動遊星歯車と従動遊星歯車の歯数
比を１：２とし、駆動遊星歯車を固定すれば、クランク
軸の回転ゝにより従動遊星歯車は固定された駆動遊星歯
車上を転勤するので、クランク軸の２回転（ピストン２
往復）に対して１回転の周期で従動遊星歯車は偏芯輪と
一体でクランクピンのセンターに対して回転する。従っ
て、ストロークは最大２Ｒ＋Ｅｃ〜最小２Ｒ−Ｅｃの範
囲を周期的に変化する。ストローク最小時の填隙が圧縮
行程の圧縮比に見合った填隙となり、ストローク最大時
の排気行程の填隙が僅少となるように偏芯距離Ｅｃの値
を定めれば、排気行程時の排気ガスを充分に排出し残留
排気ガスを従来の排気行程の場合に比べて最小限に抑え
ることができる。Furthermore, when this piston crank mechanism is applied to a 4-cycle engine, if the gear ratio of the driving planetary gear and the driven planetary gear is set to 1:2 and the driving planetary gear is fixed, the driven planetary gear will change due to the rotation of the crankshaft. Since it moves on a fixed drive planetary gear, two rotations of the crankshaft (piston 2
The driven planetary gear rotates integrally with the eccentric ring about the center of the crank pin at a period of one rotation per cycle (reciprocation). Therefore, the stroke changes periodically within a range from a maximum of 2R+Ec to a minimum of 2R-Ec. If the value of the eccentric distance Ec is determined so that the gap at the minimum stroke is commensurate with the compression ratio of the compression stroke, and the gap in the exhaust stroke at the maximum stroke is small, then the exhaust gas during the exhaust stroke Gas can be sufficiently exhausted and residual exhaust gas can be minimized compared to the conventional exhaust stroke.
従って、燃焼効率が改善され、また吸入弁、排気弁のバ
ルブタイミングもこの状態のサイクルに適合するよう改
善されるので、相乗効果をもたらしエンジンの性能を向
上することができる。Therefore, the combustion efficiency is improved, and the valve timing of the intake valve and exhaust valve is also improved to suit the cycle of this state, so that a synergistic effect can be brought about and the performance of the engine can be improved.
［実施例］ 以下、本発明の好ましい実施例を図面により説明する。[Example] Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
第１図〜第３図に示すように、一般に、ピストンクラン
ク機構は、フロア−１０上のベース１１に載架されるク
ランクケース１２に軸承されたクランク軸１４と、クラ
ンク軸１４によって駆動されるコ字状のクランクアーム
１５およびクランクピン１６と、クランクピン１６に連
接棒１７を介して接続されシリンダ取り付は台２０に載
架されたシリンダ１８内を往復摺動するピストン１９と
を備えている。なお、クランク軸１４はクランクケース
１２によってベアリング１４ａを介して軸承されている
。As shown in FIGS. 1 to 3, the piston crank mechanism is generally driven by a crankshaft 14 supported by a crankcase 12 mounted on a base 11 on a floor 10. It includes a U-shaped crank arm 15 and a crank pin 16, and a piston 19 that is connected to the crank pin 16 via a connecting rod 17 and slides back and forth within a cylinder 18 mounted on a stand 20. There is. Note that the crankshaft 14 is supported by the crankcase 12 via a bearing 14a.
このようなピストンクランク機構において、本発明のピ
ストンクランク機構は、クランクピン１６には従動遊星
歯車２１と、従動遊星歯車２１に固定された偏芯輪２２
とを支承し、連接棒１７をその外輪２３によって偏芯輪
外周２４に枢着し、クランクアーム１５の内側（第２図
）に設けられて従動遊星歯車２１に噛み合う駆動遊星歯
車２５とを備えている。In such a piston crank mechanism, the piston crank mechanism of the present invention includes a driven planetary gear 21 on the crank pin 16 and an eccentric ring 22 fixed to the driven planetary gear 21.
The connecting rod 17 is pivotally connected to the eccentric ring outer periphery 24 by its outer ring 23, and a driving planetary gear 25 is provided inside the crank arm 15 (FIG. 2) and meshes with the driven planetary gear 21. ing.
なお、ここで連接棒１７とは、ガスコンプレッサー、蒸
気機関等ストロークが長い場合、クロスヘツドおよびこ
れに連結したピストン棒を含むものとして解釈される。Note that the connecting rod 17 is interpreted to include a crosshead and a piston rod connected thereto when the stroke is long, such as in a gas compressor or steam engine.
さらに、このピストンクランク機構は、ポンプ、コンプ
レッサーに適用される場合に、駆動遊星歯車２５を回動
して従動遊星歯車２１を介して偏芯輪２２と外輪２３と
の円周方向の相対的位置を変更する調節手段２６を備え
ている。Furthermore, when this piston crank mechanism is applied to a pump or a compressor, the driving planetary gear 25 is rotated to control the relative position of the eccentric ring 22 and the outer ring 23 in the circumferential direction via the driven planetary gear 21. It is provided with adjustment means 26 for changing the.
この調節手段２６は、図示の例において、クランク軸１
４を貫通して駆動遊星歯車２５を固定する軸２７に固定
されたウオームホイール２８と、ウオームホイール２８
に噛み合ってウオーム軸支え３１によって軸承されたウ
オーム２９とから成る。なお、軸２７はクランクケース
１２および支柱１３によってそれぞれベアリング１４ａ
およびベアリング２７ａを介して軸承されている。３０
はウオーム軸支え３１によって軸承されたウオーム２９
を回転させるハンドルまたはノブである。In the illustrated example, this adjusting means 26 is arranged so that the crankshaft 1
a worm wheel 28 fixed to a shaft 27 passing through the shaft 27 and fixing the drive planetary gear 25;
The worm 29 is engaged with the worm 29 and is supported by a worm shaft support 31. Note that the shaft 27 is supported by bearings 14a by the crankcase 12 and the strut 13, respectively.
and is supported via a bearing 27a. 30
The worm 29 is supported by the worm shaft support 31.
is a handle or knob that rotates the
別法として、調節手段２６は、ウオームホイール２８を
ピニオンに代えて、このピニオンにラックを噛み合わせ
て軸２７の回転角を調節するように構成することができ
る。また、調節手段２６は、軸２７にレバーを取り付け
、このレバーをリンクを介して軸２７の回転角を調節す
るように構成してもよい。Alternatively, the adjusting means 26 can be configured such that the worm wheel 28 is replaced by a pinion and a rack is engaged with the pinion to adjust the rotation angle of the shaft 27. Further, the adjusting means 26 may be configured such that a lever is attached to the shaft 27 and the rotation angle of the shaft 27 is adjusted via a link.
フラホイール３２がクランク軸１４に固定されている。A flywheel 32 is fixed to the crankshaft 14.
また、ピストン１９が往復摺動するシリンダ１８の頂壁
３７には吸入弁３５、排出弁３６がそれぞれ設けられて
いる。Furthermore, a suction valve 35 and a discharge valve 36 are provided on the top wall 37 of the cylinder 18, on which the piston 19 reciprocates.
本発明のピストンクランク機構かポンプ、コンプレッサ
ーに適用される場合は、外部原動機や電動機よりフラホ
イール３２からクランク軸１４が駆動され、内燃機関、
蒸気機関等に適用される場合は、シリンダ１８、ピスト
ン１９が原動機となってクランク軸１４が駆動されフラ
ホイール３２から動力が取り出される。When the piston crank mechanism of the present invention is applied to a pump or a compressor, the crankshaft 14 is driven from the flywheel 32 by an external prime mover or electric motor, and the internal combustion engine,
When applied to a steam engine or the like, the cylinder 18 and piston 19 serve as prime movers to drive the crankshaft 14 and extract power from the flywheel 32.
このように構成されたピストンクランク機構の動作につ
いて以下に詳述する。The operation of the piston crank mechanism configured in this way will be described in detail below.
■９本発明のピストンクランク機構をポンプ、コンプレ
ッサーに適用した場合、外部原動機や電動機よりフラホ
イール３２からクランク軸１４が回転駆動され、クラン
クアーム１５およびクランクピン１６が回転することに
より連接棒１７を介してシリンダ１８内をピストン１９
が往復摺動する。これにより吸入弁３５、排出弁３６が
ピストン１９の往復運動に応じて交互に開閉し容積型ポ
ンプ、コンプレッサー機構を構成する。(9) When the piston crank mechanism of the present invention is applied to a pump or compressor, the crankshaft 14 is rotationally driven from the flywheel 32 by an external prime mover or electric motor, and the connecting rod 17 is rotated by rotating the crank arm 15 and crank pin 16. The inside of the cylinder 18 is inserted into the piston 19 through
slides back and forth. As a result, the suction valve 35 and the discharge valve 36 alternately open and close according to the reciprocating motion of the piston 19, thereby forming a positive displacement pump and compressor mechanism.
ここで、駆動遊星歯車２５と従動遊星歯車２１の歯数比
を２：１にすれば、調節手段２６のノ１ンドルまたはノ
ブ３０を回動してウオーム２９からウオームホイール２
８を介して軸２７を回動し駆動遊星歯車２５の円周方向
の相対的位置、即ち角度を調節（この場合、０°〜９０
°）させることにより、駆動遊星歯車２５に噛み合う従
動遊星歯車２１は０°〜１８０°角度変位するので、こ
れに固定された偏芯輪２２もクランクピン１６のセンタ
ー４０に対して同じく０°〜１８０°角度変位するから
、外輪２３、連接棒１７を介してピストン１９のストロ
ークは、固有のクランク半径をＲ１偏芯輪Ｅの偏芯距離
をＥｃとすると、第４図（ａ）から（ｄ）に示す２（Ｒ
＋Ｅｃ）−第４図（ｅ）から（ｈ）に示す２（Ｒ−Ｅｃ
）の範囲を随時無段階に増減できる。また、従来の容量
調節の方法に比べて直接仕事量を増減することができる
ので動力の損失は極めて少ない。Here, if the tooth ratio of the driving planetary gear 25 and the driven planetary gear 21 is set to 2:1, the knob 30 of the adjusting means 26 is rotated to move the worm wheel 2 from the worm 29 to the worm wheel 2.
8 to rotate the shaft 27 to adjust the relative position, or angle, of the drive planetary gear 25 in the circumferential direction (in this case, from 0° to 90°
), the driven planetary gear 21 meshing with the driving planetary gear 25 is angularly displaced from 0° to 180°, and the eccentric wheel 22 fixed thereto is also displaced from 0° to 180° with respect to the center 40 of the crank pin 16. Since it is angularly displaced by 180 degrees, the stroke of the piston 19 via the outer ring 23 and the connecting rod 17 is as follows from Fig. 4(a) to (d), assuming that the unique crank radius is R1 and the eccentric distance of the eccentric ring E is Ec. ) shown in 2(R
+Ec) - 2(R-Ec) shown in Figures 4(e) to (h)
) range can be increased or decreased steplessly at any time. Furthermore, compared to conventional capacity adjustment methods, the amount of work can be directly increased or decreased, so power loss is extremely small.
■、エアーコンプレッサーに適用した場合、駆動遊星歯
車２５と従動遊星歯車２１の歯数比を１＝１にすれば、
調節手段２６のハンドルまたはノブ３０を回動してウオ
ーム２９からウォームホイ−ル２８を介して軸２７を回
動し駆動遊星歯車２５の円周方向の相対的位置、即ち角
度を調節（この場合、０°〜１８０°）することにより
、駆動遊星歯車２５に噛み合う従動遊星歯車２１は０゜
〜１８０°角度変位するので、これに固定された偏芯輪
２２もクランクピン１６のセンターを芯として同じく０
°〜１８０°角度変位するが、第５図（ａ）から（ｈ）
に示すように、外輪２３、連接棒１７を介してピストン
１９のストロークは一定（２Ｒ）で、そのストロークの
位相、即ち位置が０〜Ｅｃだけ移動する。即ち、この範
囲でピストンの填隙３８を運転中随時無段階に適量の容
量調節ができる。■When applied to an air compressor, if the ratio of the number of teeth between the driving planetary gear 25 and the driven planetary gear 21 is set to 1=1,
The handle or knob 30 of the adjusting means 26 is rotated to rotate the shaft 27 from the worm 29 through the worm wheel 28 to adjust the relative circumferential position, that is, the angle, of the drive planetary gear 25 (in this case, 0° to 180°), the driven planetary gear 21 that meshes with the driving planetary gear 25 is angularly displaced by 0° to 180°. 0
Although the angular displacement is from ° to 180 °, Fig. 5 (a) to (h)
As shown, the stroke of the piston 19 via the outer ring 23 and the connecting rod 17 is constant (2R), and the phase of the stroke, that is, the position, moves by 0 to Ec. That is, within this range, the piston filling gap 38 can be adjusted to an appropriate amount at any time during operation.
ガスコンプレッサーにおいては、填隙３８を調節するこ
とにより、１０％程度の小幅の容量調節が可能であり、
また、従来の容量調節の方法に比べて直接仕事量を増減
することができるので動力の損失も少ない。In a gas compressor, by adjusting the filling gap 38, the capacity can be adjusted in a small range of about 10%,
Furthermore, compared to conventional capacity adjustment methods, the amount of work can be directly increased or decreased, resulting in less loss of power.
流量（圧力）センサーを用いて調節手段２６のウオーム
ホイール２８、ウオーム２９を自動調節すれば、容易に
しかも動力の損失も極めて少なくして流量（実容量）を
一定に制御できる。If the worm wheel 28 and worm 29 of the adjusting means 26 are automatically adjusted using a flow rate (pressure) sensor, the flow rate (actual capacity) can be easily controlled to a constant level with extremely little loss of power.
■、４サイクルエンジンに適用した場合、駆動遊星歯車
２５と従動遊星歯車２１の歯数比を１＝２とし、駆動遊
星歯車２５を固定すれば、クランク軸１４の回転により
従動遊星歯車２１は固定された駆動遊星歯車２５上を転
勤するので、クランク軸１４の２回転（ピストン２往復
）に対して１回転の周期で従動遊星歯車２１は偏芯輪２
２と一体でクランクピン１６のセンター４０の周りで回
転する。従って、ストロークは実質的に最大２Ｒ＋Ｅｃ
〜最小２Ｒ−Ｅｃの範囲を周期的に変化する（第６図（
ａ）〜（ｅ））。When applied to a 4-cycle engine, if the gear ratio of the driving planetary gear 25 and the driven planetary gear 21 is set to 1=2 and the driving planetary gear 25 is fixed, the driven planetary gear 21 will be fixed by the rotation of the crankshaft 14. Since the driven planetary gear 21 moves on the driven planetary gear 25, the driven planetary gear 21 rotates on the eccentric wheel 2 at a period of one rotation for every two rotations of the crankshaft 14 (two reciprocations of the piston).
2 and rotate around the center 40 of the crank pin 16. Therefore, the stroke is essentially a maximum of 2R+Ec
~ cyclically changing the range of minimum 2R-Ec (Fig. 6 (
a)-(e)).
いま、ストローク最小時の填隙が圧縮行程の圧縮比に見
合った填隙Ｃ１（第７図（ａ））となり、ストローク最
大時の排気行程の填隙Ｃ８（第７図（ｂ））が僅少とな
るように偏芯距離Ｅｃの値を定めれば、排気行程時の排
気ガスを充分に排出し残留排気ガスを第７図（Ｃ）〜（
ｄ）に示す従来の圧縮行程後の排気行程時の填隙Ｃに比
べて最小限に抑えることができる。従って、燃焼効率が
改善され、また吸入弁、排気弁のバルブタイミングもこ
の状態のサイクルに適合するよう改善されるので、相乗
効果をもたらしエンジンの性能を向上することができる
。Now, the gap at the minimum stroke is C1 (Figure 7 (a)), which is commensurate with the compression ratio in the compression stroke, and the gap C8 in the exhaust stroke at the maximum stroke (Figure 7 (b)) is small. If the value of the eccentric distance Ec is determined so that the exhaust gas during the exhaust stroke is sufficiently exhausted and the residual exhaust gas is
This can be minimized compared to the conventional filling gap C during the exhaust stroke after the compression stroke shown in d). Therefore, the combustion efficiency is improved, and the valve timing of the intake valve and exhaust valve is also improved to suit the cycle of this state, so that a synergistic effect can be brought about and the performance of the engine can be improved.
［発明の効果］
以上の実施例からも明らかなように、本発明のピストン
クランク機構によれば、クランク軸と、前記クランク軸
によって駆動されるコ字状のクランクアームおよびクラ
ンクピンと、前記クランクピンに連接棒を介して接続さ
れシリンダ内を往復摺動するピストンとを備えたピスト
ンクランク機構において、前記クランクピンには従動遊
星歯車と、前記従動遊星歯車に固定された偏芯輪とを支
承し、前記連接棒をその外輪によって前記偏芯輪外周に
枢着し、前記クランクアームに設けられて前記従動遊星
歯車に噛み合う駆動遊星歯車を備えたことにより、４サ
イクルエンジンに適用した場合、燃焼効率が改善され、
また吸入弁、排気弁のバルブタイミングもこの状態のサ
イクルに適合するよう改善されるので、相乗効果をもた
らしエンジンの性能を向上することができる。[Effects of the Invention] As is clear from the above embodiments, the piston crank mechanism of the present invention includes a crankshaft, a U-shaped crank arm driven by the crankshaft, a crankpin, and the crankpin. A piston crank mechanism including a piston connected to a piston via a connecting rod and reciprocatingly sliding in a cylinder, wherein the crank pin supports a driven planetary gear and an eccentric ring fixed to the driven planetary gear. , the connecting rod is pivotally connected to the outer periphery of the eccentric ring by its outer ring, and a driving planetary gear is provided on the crank arm and meshes with the driven planetary gear, so that when applied to a four-stroke engine, combustion efficiency is improved. has been improved,
In addition, the valve timing of the intake valve and exhaust valve is improved to match the cycle of this state, so that a synergistic effect can be brought about and the performance of the engine can be improved.
また、本発明のピストンクランク機構によれば、クラン
ク軸と、前記クランク軸によって駆動されるコ字状のク
ランクアームおよびクランクピンと、前記クランクピン
に連接棒を介して接続されシリンダ内を往復摺動するピ
ストンとを備えたピストンクランク機構において、前記
クランクピンには従動遊星歯車と、前記従動遊星歯車に
固定された偏芯輪とを支承し、前記連接棒をその外輪に
よって前記偏芯輪外周に枢着、し、前記クランクアーム
に設けられて前記従動遊星歯車に噛み合う駆動遊星歯車
と、前記駆動遊星歯車を回動して前記従動遊星歯車を介
して前記偏芯輪と前記外輪との円周方向の相対的位置を
変更する調節手段とを備えたことにより、ポンプ、コン
プレッサーに適用した場合、ストロークは、固有のクラ
ンク半径をＲ１偏芯輪Ｅの偏芯距離をＥｃとすると、２
（Ｒ＋Ｅｃ）〜２（Ｒ−Ｅｃ）の範囲を随時無段階に増
減でき、動力の損失は極めて少なくなり、エアーコンブ
レッサーに適用した場合、ストロークは一定で、そのス
トロークの位相がＯ−Ｅ ｃだけ移動し、この範囲でピ
ストンの填隙を運転中随時無段階に適量の容量調節がで
き、ガスコンプレッサーにおいては、填隙を調節するこ
とにより、１０％程度の小幅の容量調節が可能であり、
また、動力の損失も少なく、流量（圧力）センサーを用
いて調節手段を自動調節すれば、容易にしかも動力の損
失も極めて少なくして流量（実容量）を一定に制御でき
る。Further, according to the piston crank mechanism of the present invention, the crankshaft, the U-shaped crank arm and crankpin driven by the crankshaft, and the crankpin are connected to the crankpin via a connecting rod and slide back and forth within the cylinder. In the piston crank mechanism, the crank pin supports a driven planetary gear and an eccentric ring fixed to the driven planetary gear, and the connecting rod is attached to the outer periphery of the eccentric ring by an outer ring thereof. a driving planetary gear provided on the crank arm and meshing with the driven planetary gear; and a driving planetary gear that rotates the driving planetary gear and connects the eccentric ring and the outer ring through the driven planetary gear. When applied to a pump or compressor, the stroke is 2, where R is the unique crank radius, Ec is the eccentric distance of the eccentric wheel E, and Ec is the eccentric distance of the eccentric wheel E.
The range of (R + Ec) to 2 (R - Ec) can be increased or decreased steplessly at any time, and the loss of power is extremely small. When applied to an air compressor, the stroke is constant and the phase of the stroke is O - E c Within this range, the piston gap can be adjusted steplessly to the appropriate amount at any time during operation.In gas compressors, by adjusting the gap, it is possible to adjust the capacity in small ranges of about 10%. ,
In addition, there is little power loss, and if the regulating means is automatically adjusted using a flow rate (pressure) sensor, the flow rate (actual capacity) can be easily controlled to a constant level with extremely little power loss.
第１図は本発明に係わるピストンクランク機構の側面図
、第２図は第１図のピストンクランク機構の正面図、第
３図は第１図のピストンクランク機構の斜視図、第４図
（ａ）〜（ｈ）は第１図に示すピストンクランク機構を
ポンプ、コンプレッサーに適用した場合の動作図、第５
図（ａ）〜（ｈ）は第１図に示すピストンクランク機構
をエアーコンプレッサーに適用した場合の動作図、第６
図（ａ）〜（ｅ）は第１図のピストンクランク機構を４
サイクルエンジンに適用した場合の動作図、第７図（ａ
）〜（ｂ）は第１図のピストンクランク機構を４サイク
ルエンジンに適用した場合の動作図、第７図（ｃ）〜（
ｄ）は従来の４サイクルエンジンの動作図である。
１４・・・・・・クランク軸
１５・・・・・・クランクアーム
１６・・・・・・クランクピン
１７・・・・・・連接棒
１８・・・・・・シリンダ
１９・・・・・・ピストン
２１・・・・・・従動遊星歯車
２２・・・・・・偏芯輪
２８・・・・・・外輪
２５・・・・・・駆動遊星歯車
２６・・・・・・調節手段1 is a side view of the piston crank mechanism according to the present invention, FIG. 2 is a front view of the piston crank mechanism of FIG. 1, FIG. 3 is a perspective view of the piston crank mechanism of FIG. 1, and FIG. ) to (h) are operation diagrams when the piston crank mechanism shown in Fig. 1 is applied to a pump or compressor, and Fig. 5
Figures (a) to (h) are operation diagrams when the piston crank mechanism shown in Figure 1 is applied to an air compressor;
Figures (a) to (e) show the piston crank mechanism in Figure 1.
Operation diagram when applied to a cycle engine, Figure 7 (a
) to (b) are operation diagrams when the piston crank mechanism shown in Fig. 1 is applied to a 4-stroke engine, and Fig. 7 (c) to (
d) is an operational diagram of a conventional four-stroke engine. 14... Crankshaft 15... Crank arm 16... Crank pin 17... Connecting rod 18... Cylinder 19...・Piston 21...Followed planetary gear 22...Eccentric ring 28...Outer ring 25...Drive planetary gear 26...Adjustment means
Claims (1)
コ字状のクランクアームおよびクランクピンと、前記ク
ランクピンに連接棒を介して接続されシリンダ内を往復
摺動するピストンとを備えたピストンクランク機構にお
いて、前記クランクピンには従動遊星歯車と、前記従動
遊星歯車に固定された偏芯輪とを支承し、前記連接棒を
その外輪によって前記偏芯輪外周に枢着し、前記クラン
クアームに設けられて前記従動遊星歯車に噛み合う駆動
遊星歯車を備えたことを特徴とするピストンクランク機
構。 ２、クランク軸と、前記クランク軸によって駆動される
コ字状のクランクアームおよびクランクピンと、前記ク
ランクピンに連接棒を介して接続されシリンダ内を往復
摺動するピストンとを備えたピストンクランク機構にお
いて、前記クランクピンには従動遊星歯車と、前記従動
遊星歯車に固定された偏芯輪とを支承し、前記連接棒を
その外輪によって前記偏芯輪外周に枢着し、前記クラン
クアームに設けられて前記従動遊星歯車に噛み合う駆動
遊星歯車と、前記駆動遊星歯車を回動して前記従動遊星
歯車を介して前記偏芯輪と前記外輪との円周方向の相対
的位置を変更する調節手段とを備えたことを特徴とする
ピストンクランク機構。[Scope of Claims] 1. A crankshaft, a U-shaped crank arm and crankpin driven by the crankshaft, and a piston connected to the crankpin via a connecting rod and reciprocatingly sliding in a cylinder. In the piston crank mechanism, the crank pin supports a driven planetary gear and an eccentric ring fixed to the driven planetary gear, the connecting rod is pivotally connected to the outer periphery of the eccentric ring by an outer ring thereof, A piston crank mechanism characterized by comprising a driving planetary gear provided on the crank arm and meshing with the driven planetary gear. 2. A piston crank mechanism comprising a crankshaft, a U-shaped crank arm and crank pin driven by the crankshaft, and a piston connected to the crank pin via a connecting rod and sliding back and forth within a cylinder. , the crank pin supports a driven planetary gear and an eccentric ring fixed to the driven planetary gear, the connecting rod is pivotally connected to the outer periphery of the eccentric ring by an outer ring thereof, and the connecting rod is provided on the crank arm. a driving planetary gear meshing with the driven planetary gear; and an adjusting means for rotating the driving planetary gear to change the relative position of the eccentric ring and the outer ring in the circumferential direction via the driven planetary gear. A piston crank mechanism characterized by the following.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23942190A JPH04119212A (en) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | Piston crank system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23942190A JPH04119212A (en) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | Piston crank system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04119212A true JPH04119212A (en) | 1992-04-20 |
Family
ID=17044525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23942190A Pending JPH04119212A (en) | 1990-09-10 | 1990-09-10 | Piston crank system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04119212A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0674059A (en) * | 1992-05-19 | 1994-03-15 | Hiroshi Nakamura | Internal combustion engine |
| JPH06307256A (en) * | 1993-04-23 | 1994-11-01 | Yuji Haneda | Internal combustion engine |
| JP2009150399A (en) * | 2001-01-24 | 2009-07-09 | Basri Oezdamar Hasan | Motor with rotary connecting rod bolt |
| JP2009243462A (en) * | 2008-03-31 | 2009-10-22 | Hyundai Motor Co Ltd | Variable compression ratio device |
| WO2014056291A1 (en) * | 2012-10-08 | 2014-04-17 | Shen Dazi | Variable compression ratio device with eccentric self-locking structure suitable for internal combustion engine |
Citations (2)
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-
1990
- 1990-09-10 JP JP23942190A patent/JPH04119212A/en active Pending
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| WO2014056291A1 (en) * | 2012-10-08 | 2014-04-17 | Shen Dazi | Variable compression ratio device with eccentric self-locking structure suitable for internal combustion engine |
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