JPH05163958A - Engine of variable piston stroke length - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To reduce the quantity of exhaust gas in an engine, and to improve energy efficiency. CONSTITUTION:A spiral blade 5, which has a slide groove 7, and which is extended from a stroke length variable piston 1, is fitted into a spiral groove 6 of a main piston 2 connected to a crankshaft 4 through a connecting rod 3. A protrusion 9 protruded on a rotational ring 8 engaged with a kick arm 10 following a cam 12, is inserted into the slide groove 7. The degree of following of the kick arm 10 is varied and controlled from a maximum displacement level to a non displacement level by moving a cam shaft 13 in the axial direction and so on. The piston stroke length is shortened in strokes of suction and compression, or is of full stroke in processes of explosion and exhaust, by the operation of the cam 12, and unnecessary exhaust gas can be reduced while energy can be extracted effectively.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、ピストンストローク
長の可変型エンジンに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a variable stroke engine having a piston stroke length.

【０００２】[0002]

【従来の技術】従来のレシプロエンジンのピストンは、
１シリンダーあたり１ピストンであるため、吸入、圧
縮、爆発、排気の各行程とも同一ストローク長で構成さ
れていた。2. Description of the Related Art The piston of a conventional reciprocating engine is
Since one cylinder has one piston, each stroke of intake, compression, explosion, and exhaust had the same stroke length.

【０００３】[0003]

【発明が解決しようとする課題】吸入、圧縮、爆発、排
気の各行程が同一ストローク長であるとエンジンのアイ
ドリング、渋滞中の微速走行及び定速走行時のような大
きなエネルギーが不要な時も吸入量はシリンダー内容積
で決まっていた。省エネルギー及び排気ガス量を減らす
ため希薄燃料方式が取り入れられているが、より一層の
排気ガスの減量及びエネルギー効率の向上が求められて
いる。この発明が解決しようとする課題は、不必要な排
気ガスを減らすと同時にエネルギーを有効に取り出し効
率を良くすることである。When the intake stroke, compression stroke, explosion stroke, and exhaust stroke have the same stroke length, even when large energy is not required, such as during idling of the engine, slow speed running during traffic jam and constant speed running, The inhalation volume was determined by the cylinder volume. A lean fuel system is adopted to save energy and reduce the amount of exhaust gas, but further reduction of exhaust gas and improvement of energy efficiency are required. The problem to be solved by the present invention is to reduce unnecessary exhaust gas and at the same time effectively extract energy and improve efficiency.

【０００４】[0004]

【課題を解決するための手段】吸入、圧縮行程における
ピストンストローク長を爆発、排気行程のピストンスト
ローク長より短くすることにより、例えば２０００ｃｃ
の排気量のエンジンが吸入時のストローク長を短くする
ことによりシリンダー内容積を１０００ｃｃとし、爆発
時のストローク長を長くしてシリンダー内容積を２００
０ｃｃとすることができれば排気ガスの低減とエネルギ
ー効率の向上の両面で解決策となる。この発明は、その
ような発想を基にして１シリンダー内にピストンを二つ
組み込むことで解決するものである。すなわち、ストロ
ーク長可変ピストン（１）の下端より複数の螺旋翼
（５）を伸ばし、これを主ピストン（２）に削成された
複数の螺旋溝（６）にはめ込み、主ピストン（２）を従
来どおりコネクティングロッド（３）を介してクランク
シャフト（４）と連結する。螺旋翼（５）は、主ピスト
ン（２）の運動方向と同方向のスライド溝（７）を有
し、シリンダー側に環装された回動リング（８）より突
設された突起（９）がスライド溝（７）に挿着される。
スライド溝（７）及び突起（９）は複数でもよい。キッ
クアーム（１０）は、カムシャフト（１３）にあるカム
（１２）に追動するカム受け突起又はカム受けローラー
（１１）を有し、軸ピン（１５）により軸着され、回動
リング（８）と歯合させる。エンジンの吸入行程当初、
ストローク長可変ピストン（１）と主ピストン（２）は
密接状態にあり行程の進行に合わせ、回転しているカム
シャフト（１３）にあるカム（１２）に追動したカム受
け突起又はカム受けローラー（１１）が軸ピン（１５）
で軸着されたキックアーム（１０）を回動させ、それと
歯合している回動リング（８）が円滑に回動する。回動
リング（８）より突設された突起（９）がスライド溝
（７）の側壁を押すことで螺旋翼（５）が回動しながら
螺旋溝（６）に沿って滑動し、主ピストン（２）とスト
ローク長可変ピストン（１）が開離する。これにより吸
入行程のストローク長を短くし、吸気量を減少させる。
圧縮行程時はシリンダー内の圧力及びキックアームスプ
リング（１４）によりキックアーム（１０）が逆の回動
をし、上死点に達したときにはストローク長可変ピスト
ン（１）と主ピストン（２）が密接状態となり、そのま
まの状態で爆発、排気行程へ移行し、吸入行程に戻ると
いうことを連続的に繰り返す。また、カム（１２）の作
用によるカム受け突起又はカム受けローラー（１１）の
追動量についてはカムシャフト（１３）を軸方向等へ可
変制御することで、吸入行程時の主ピストン（２）とス
トローク長可変ピストン（１）の開離を最大開離状態か
ら密接状態又は密接に近い状態若しくは中間開離状態に
可変制御するができる。[Means for Solving the Problems] By making the piston stroke length in the intake and compression strokes shorter than the piston stroke length in the exhaust and exhaust strokes, for example, 2000 cc
The engine has a displacement of 1000 cc, which reduces the stroke length at the time of intake to increase the cylinder internal volume to 1000 cc.
If it can be set to 0 cc, it will be a solution in terms of both reduction of exhaust gas and improvement of energy efficiency. The present invention is to solve the problem by incorporating two pistons in one cylinder based on such an idea. That is, a plurality of spiral blades (5) are extended from the lower end of the variable stroke piston (1), and the spiral blades (5) are fitted into the plurality of spiral grooves (6) formed in the main piston (2) to fix the main piston (2). As before, it is connected to the crankshaft (4) via the connecting rod (3). The spiral blade (5) has a slide groove (7) in the same direction as the movement direction of the main piston (2), and a protrusion (9) protruding from a rotating ring (8) mounted on the cylinder side. Is inserted into the slide groove (7).
There may be a plurality of slide grooves (7) and protrusions (9). The kick arm (10) has a cam receiving protrusion or a cam receiving roller (11) that follows the cam (12) on the cam shaft (13), and is pivotally attached by a shaft pin (15) to a rotating ring ( 8) Engage with. At the beginning of the engine intake stroke,
The variable stroke stroke piston (1) and the main piston (2) are in close contact with each other, and the cam receiving projection or the cam receiving roller that follows the cam (12) on the rotating cam shaft (13) according to the progress of the stroke. (11) is the shaft pin (15)
The kick arm (10) pivotally attached by is rotated, and the rotating ring (8) meshing with the kick arm is smoothly rotated. The protrusion (9) protruding from the rotating ring (8) pushes the side wall of the slide groove (7), so that the spiral blade (5) rotates and slides along the spiral groove (6). (2) and the variable stroke length piston (1) are separated. This shortens the stroke length of the intake stroke and reduces the intake amount.
During the compression stroke, the kick arm (10) rotates in the opposite direction due to the pressure in the cylinder and the kick arm spring (14), and when the top dead center is reached, the variable stroke length piston (1) and the main piston (2) The state of close contact, the explosion as it is, the shift to the exhaust stroke, and the return to the suction stroke are repeated continuously. Further, regarding the amount of follow-up of the cam receiving projection or the cam receiving roller (11) by the action of the cam (12), the cam shaft (13) is variably controlled in the axial direction or the like, so that the main piston (2) during the intake stroke and It is possible to variably control the opening of the variable stroke length piston (1) from the maximum open state to the close state, a close close state, or an intermediate open state.

【０００５】[0005]

【作用】ピストンをストローク長可変ピストン（１）と
主ピストン（２）に分割された二つのピストンとし、主
ピストン（２）はコネクティングロッド（３）を介して
クランクシャフト（４）と連結され、直接的に力及び運
動のやり取りを行う。これに対してストローク長可変ピ
ストン（１）は吸入行程時にシリンダー内の負圧と主ピ
ストン（２）の運動に伴う力の双方より影響を受け、さ
らに、回転しているカム（１２）から間接的に力が伝え
られ、回動力を得て、当初密接していた両ピストンは開
離し、ストローク長可変ピストン（１）のストローク長
は主ピストン（２）のストローク長より短くなる。これ
は混合ガスの吸気量を減少させることになる。圧縮行程
時はシリンダー内の圧力の増大と主ピストン（２）の運
動に伴う力の双方の影響、また、回転しているカム（１
２）から間接的に受けている力が吸入時とは逆の方向と
なり、螺旋翼（５）と螺旋溝（６）の相互作用等により
ストローク長可変ピストン（１）は逆の回動力を得て、
当初開離していた両ピストンは密接状態となる。爆発、
排気行程時はストローク長可変ピストン（１）と主ピス
トン（２）が密接状態で運動する。ピストンのストロー
ク長は、このような一連の運動の中で吸入、圧縮行程は
短く、爆発排気行程は全ストローク長とするように変化
をする。また、カムシャフト（１３）及びカム（１２）
を単に回転運動させることの他にカムシャフト（１３）
を可変シャフトとすることで、カム（１２）を軸方向等
へ可変させることで、カム（１２）の作用によるカム受
け突起又はカム受けローラー（１１）の追動量を可変制
御し、吸入行程時の主ピストン（２）とストローク長可
変ピストン（１）の開離を最大開離状態から密接状態又
は密接に近い状態若しくは中間開離状態に可変制御す
る。The piston is a two-stroke piston divided into a variable stroke piston (1) and a main piston (2), and the main piston (2) is connected to the crankshaft (4) via a connecting rod (3), Directly exchange power and movement. On the other hand, the variable stroke piston (1) is affected by both the negative pressure in the cylinder and the force associated with the movement of the main piston (2) during the intake stroke, and is further indirectly influenced by the rotating cam (12). Force is transmitted to the two pistons, the two pistons that were initially in close contact with each other are separated, and the stroke length of the variable stroke length piston (1) becomes shorter than the stroke length of the main piston (2). This reduces the intake amount of the mixed gas. During the compression stroke, the influence of both the increase in pressure in the cylinder and the force associated with the movement of the main piston (2) and the rotating cam (1
The force indirectly received from 2) is in the opposite direction to that at the time of suction, and the variable stroke length piston (1) obtains the opposite rotational force due to the interaction between the spiral blade (5) and the spiral groove (6). hand,
Both pistons that were initially separated are in close contact. explosion,
During the exhaust stroke, the variable stroke length piston (1) and the main piston (2) move in close contact with each other. The stroke length of the piston changes such that the intake and compression strokes are short and the explosion exhaust stroke is the full stroke length in such a series of movements. Also, the cam shaft (13) and the cam (12)
Camshaft (13) in addition to simply rotating the shaft
Is a variable shaft, the cam (12) can be varied in the axial direction and the like, so that the chasing amount of the cam receiving projection or the cam receiving roller (11) by the action of the cam (12) is variably controlled, so that the intake stroke is increased. The main piston (2) and the variable stroke length piston (1) are variably controlled from the maximum open state to a close state, a close close state, or an intermediate open state.

【０００６】[0006]

【実施例】本発明を図面について説明すれば、エンジン
の吸入行程時は当初、主ピストン（２）とストローク長
可変ピストン（１）は密接状態にあるが次のように変化
していく。回転するカムシャフト（１３）上のカム（１
２）がカム受け突起又はカム受けローラー（１１）を無
変位から最大変位量まで動かし軸ピン（１５）により軸
着されたキックアーム（１０）を回動させる。このと
き、ストローク長可変ピストン（１）と主ピストン
（２）はシリンダー内を負圧にしながらシリンダー内容
積を増大させている状態であり、さらに、キックアーム
（１０）の回動により、歯合している回動リング（８）
が回動し、回動リング（８）より突設した突起（９）が
ストローク長可変ピストン（１）の下端より伸びた螺旋
翼（５）のスライド溝（７）を横方向へ押し回す。この
動きとシリンダー内容積を増大させている動きにより螺
旋翼（５）は主ピストン（２）に削成された螺旋溝
（６）に沿って滑らかに回動する。 螺旋翼（５）とス
トローク長可変ピストン（１）は一体であるため滑らか
に回動した螺旋翼（５）によってストローク長可変ピス
トン（１）は主ピストン（２）から引き離されて吸入行
程が完了する。これは吸入行程のストローク長を短くす
ることで、混合ガスの吸気量を減少させることになる。
圧縮行程に入るとキックアーム（１０）はキックアーム
スプリング（１４）により、カム受け突起又はカム受け
ローラー（１１）を介してカム（１２）を押しながら最
大変位量から無変位まで逆に回動する。これによりスラ
イド溝（７）は回動リング（８）及び、それから突設し
た突起（９）を介して吸入行程時とは逆の横方向力を受
ける。また、シリンダー内は加圧状態になるため、螺旋
翼（５）は主ピストン（２）に削成された螺旋溝（６）
を滑らかに逆回りし、ストローク長可変ピストン（１）
と主ピストン（２）は接近し、最終的に密接状態となっ
て圧縮行程が完了する。爆発行程時はカム（１２）がカ
ム受け突起又はカム受けローラー（１１）を変位させな
い状態を保持するため、ストローク長可変ピストン
（１）と主ピストン（２）は密接状態のまま最大ストロ
ーク長まで爆発圧を受け、爆発行程を完了する。排気行
程も爆発行程と同様に、カム（１２）がカム受け突起又
はカム受けローラー（１１）を変位させない状態を保持
するためストローク長可変ピストン（１）と主ピストン
（２）は密接状態のままシリンダー内のガスを排出し、
完了する。この一連の運動の中で、カムシャフト（１
３）を軸方向等へ可変させることのできる可変カムシャ
フトとすることにより、カム（１２）に追動するカム受
け突起又はカム受けローラー（１１）の追動量を可変制
御し、吸入行程時の主ピストン（２）とストローク長可
変ピストン（１）の開離を最大開離状態から密接状態又
は密接に近い状態若しくは中間開離状態に可変制御する
ができる。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Referring to the drawings, the main piston (2) and the variable stroke length piston (1) are initially in close contact with each other during the intake stroke of the engine, but they change as follows. Cam (1 on rotating camshaft (13)
2) moves the cam receiving projection or the cam receiving roller (11) from no displacement to the maximum displacement amount to rotate the kick arm (10) axially attached by the shaft pin (15). At this time, the variable stroke length piston (1) and the main piston (2) are in a state of increasing the internal volume of the cylinder while keeping the internal pressure of the cylinder negative, and further, the rotation of the kick arm (10) causes the meshing of the teeth. Rotating ring (8)
Is rotated, and the protrusion (9) protruding from the rotating ring (8) pushes the slide groove (7) of the spiral blade (5) extending from the lower end of the variable stroke piston (1) laterally. By this movement and the movement increasing the internal volume of the cylinder, the spiral blade (5) smoothly rotates along the spiral groove (6) formed in the main piston (2). Since the spiral blade (5) and the variable stroke length piston (1) are integrated, the smoothly variable spiral length blade (5) separates the variable stroke length piston (1) from the main piston (2) to complete the suction stroke. To do. This reduces the intake amount of the mixed gas by shortening the stroke length of the intake stroke.
In the compression stroke, the kick arm (10) is rotated by the kick arm spring (14) from the maximum displacement amount to no displacement while pressing the cam (12) via the cam receiving protrusion or the cam receiving roller (11). To do. As a result, the slide groove (7) receives a lateral force opposite to that during the suction stroke via the rotating ring (8) and the projection (9) protruding therefrom. Further, since the inside of the cylinder is in a pressurized state, the spiral blade (5) has a spiral groove (6) formed in the main piston (2).
The stroke is variable and the stroke length is variable (1)
And the main piston (2) approach each other, and finally come into close contact with each other to complete the compression stroke. During the explosive stroke, the cam (12) keeps the cam receiving projection or the cam receiving roller (11) in a displaceable state, so the variable stroke length piston (1) and the main piston (2) remain in close contact with each other up to the maximum stroke length. Receives explosion pressure and completes the explosion process. In the exhaust stroke as well as in the explosive stroke, the variable stroke length piston (1) and the main piston (2) remain in close contact with each other in order to maintain the state in which the cam (12) does not displace the cam receiving protrusion or the cam receiving roller (11). Exhaust the gas in the cylinder,
Complete. During this series of movements, the camshaft (1
3) is a variable cam shaft that can be varied in the axial direction and the like, so that the chasing amount of the cam receiving projection or the cam receiving roller (11) that follows the cam (12) can be variably controlled, so The separation between the main piston (2) and the variable stroke length piston (1) can be variably controlled from the maximum separation state to a close contact state, a close contact state, or an intermediate separation state.

【０００７】[0007]

【発明の効果】従来のエンジンはシリンダー内容積とし
て、吸入量と爆発量が等しいため爆発エネルギーがまだ
十分あるうちに排気してしまいエネルギー効率が悪く排
気ガス量も多くなる。本発明は吸入、圧縮行程によるシ
リンダー内容積に対して爆発、排気行程のシリンダー内
容積を大きくすることで、エネルギーを有効に取り出す
ことができ効率が良くなる。また、排気ガス量は吸入量
が少ない分だけ減少する。さらに、カムシャフト（１
３）を可変カムシャフトとし、要求エネルギーに対して
吸気量を制御することで、例えば、同じ２０００回転／
分でも吸気量を１５００ｃｃ、１６００ｃｃ、１７００
ｃｃ等とその運動に必要な最良の状態で回転させること
ができ、エネルギー効率の向上と排気ガスの低減が可能
となる。これらの効果はエネルギーをさほど必要としな
い運動状態の時で、特に停車時、渋滞の微速走行及び定
速走行時に大きなものとなる。Since the conventional engine has the same cylinder internal volume as the intake amount and the explosion amount, it is exhausted while the explosion energy is still sufficient, resulting in poor energy efficiency and a large amount of exhaust gas. In the present invention, energy can be effectively taken out and efficiency is improved by increasing the internal volume of the cylinder during the explosive and exhaust strokes relative to the internal volume of the cylinder during the intake and compression strokes. Further, the amount of exhaust gas decreases as the intake amount decreases. In addition, the camshaft (1
3) is a variable camshaft and the intake air amount is controlled with respect to the required energy, so that, for example, the same 2000 rpm /
Intake minute 1500cc, 1600cc, 1700
It is possible to rotate the cc and the like in the best state necessary for its movement, and it is possible to improve energy efficiency and reduce exhaust gas. These effects are significant when the vehicle is in a motion state that does not require much energy, particularly when the vehicle is stopped, traveling at a slow speed or at a constant speed due to traffic congestion.

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

【図１】本発明の斜視図FIG. 1 is a perspective view of the present invention.

【図２】ストローク長可変ピストンの斜視図FIG. 2 is a perspective view of a variable stroke length piston.

【図３】ストローク長可変ピストンを取り除いた斜視図FIG. 3 is a perspective view with the variable stroke length piston removed.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ストローク長可変ピストン ２ 主ピストン ３ コネクティングロッド ４ クランクシャフト ５ 螺旋翼 ６ 螺旋溝 ７ スライド溝 ８ 回動リング ９ 突起 １０ キックアーム １１ カム受け突起又はカム受けローラー １２ カム １３ カムシャフト １４ キックアームスプリング １５ 軸ピン 1 Stroke Length Adjustable Piston 2 Main Piston 3 Connecting Rod 4 Crank Shaft 5 Spiral Blade 6 Spiral Groove 7 Slide Groove 8 Rotating Ring 9 Protrusion 10 Kick Arm 11 Cam Receiving Protrusion or Cam Receiving Roller 12 Cam 13 Cam Shaft 14 Kick Arm Spring 15 Axis pin

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 主ピストン（２）は従来どおりコネクテ
ィングロッド（３）を介してクランクシャフト（４）と
連結し、ストローク長可変ピストン（１）は下端より複
数の螺旋翼（５）を伸ばし、これを主ピストン（２）に
削成された複数の螺旋溝（６）にはめ込み、また螺旋翼
（５）は、主ピストン（２）の運動方向と同方向のスラ
イド溝（７）を有し、そして回動リング（８）に突設し
た突起（９）がスライド溝（７）に挿着し、さらにキッ
クアーム（１０）は、カムシャフト（１３）にあるカム
（１２）に追動するようにし、回動リング（８）と歯合
させた機構を有するピストンストローク長の可変型エン
ジン。1. A main piston (2) is connected to a crankshaft (4) through a connecting rod (3) as usual, and a variable stroke length piston (1) extends a plurality of spiral blades (5) from its lower end. This is fitted into a plurality of spiral grooves (6) formed in the main piston (2), and the spiral blade (5) has a slide groove (7) in the same direction as the moving direction of the main piston (2). The protrusion (9) protruding from the rotating ring (8) is inserted into the slide groove (7), and the kick arm (10) follows the cam (12) on the camshaft (13). Thus, the variable engine of the piston stroke length having the mechanism in which the rotation ring (8) is engaged. 【請求項２】 カムシャフト（１３）を軸方向等へ可変
制御することで、主ピストン（２）とストローク長可変
ピストン（１）の開離を最大開離状態から密接状態又は
密接に近い状態若しくは中間開離状態に可変制御できる
機構を有する請求項１に記載したピストンストローク長
の可変型エンジン。2. A camshaft (13) is variably controlled in the axial direction or the like, whereby the separation between the main piston (2) and the variable stroke length piston (1) is close to or close to the maximum open state. Alternatively, the variable piston stroke length engine according to claim 1, which has a mechanism capable of variably controlling to an intermediate open state.