JPH08338274A - エンジンの燃焼制御装置 - Google Patents
エンジンの燃焼制御装置Info
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- JPH08338274A JPH08338274A JP7143530A JP14353095A JPH08338274A JP H08338274 A JPH08338274 A JP H08338274A JP 7143530 A JP7143530 A JP 7143530A JP 14353095 A JP14353095 A JP 14353095A JP H08338274 A JPH08338274 A JP H08338274A
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- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
- Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 圧縮比を高くし且つ点火時期を進角させて熱
効率の向上を図ってもノッキングを起こし難いエンジン
を提供する。 【構成】 メインピストン4の上面にサブピストン19
を上下動自在に支持して両ピストン4,19間に混合気
冷却室20を形成し、この混合気冷却室20を燃焼室1
2の周縁部に連通させる。サブピストン19はサブコネ
クティングロッド21を介してクランクシャフト7に支
持したカム部材23に接続しており、混合気冷却室20
の容積はクランクシャフト7の回転に連動して拡大・縮
小する。混合気冷却室20の容積は圧縮行程から点火直
後にかけて拡大しており、そこに充填された混合気を冷
却することによりノッキングの発生が防止される。点火
直後から前記容積が縮小し、混合気冷却室20内の混合
気を燃焼室20に押し出して燃焼させる。
効率の向上を図ってもノッキングを起こし難いエンジン
を提供する。 【構成】 メインピストン4の上面にサブピストン19
を上下動自在に支持して両ピストン4,19間に混合気
冷却室20を形成し、この混合気冷却室20を燃焼室1
2の周縁部に連通させる。サブピストン19はサブコネ
クティングロッド21を介してクランクシャフト7に支
持したカム部材23に接続しており、混合気冷却室20
の容積はクランクシャフト7の回転に連動して拡大・縮
小する。混合気冷却室20の容積は圧縮行程から点火直
後にかけて拡大しており、そこに充填された混合気を冷
却することによりノッキングの発生が防止される。点火
直後から前記容積が縮小し、混合気冷却室20内の混合
気を燃焼室20に押し出して燃焼させる。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃焼室内で混合気を燃
焼させることによりクランクシャフトを回転駆動するエ
ンジンの燃焼制御装置に関する。
焼させることによりクランクシャフトを回転駆動するエ
ンジンの燃焼制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図15における破線はオットーサイクル
エンジンにおける理論熱効率を示すもので、その熱効率
は圧縮比のみの関数であって、圧縮比の増加に伴って増
加することが知られている。しかしながら、圧縮比を高
めるとノッキングが発生し易くなるため、実際は点火時
期を遅角して最高圧力及び温度を下げることにより、理
論熱効率よりも低い熱効率で運転しているのが実情であ
る。またノッキングは低速回転領域で発生し易いため、
図示されたように低速回転領域における熱効率の低下が
著しいものとなり、これが低速で十分なトルクを発生す
るエンジンの開発を阻害する要因の一つになっている。
エンジンにおける理論熱効率を示すもので、その熱効率
は圧縮比のみの関数であって、圧縮比の増加に伴って増
加することが知られている。しかしながら、圧縮比を高
めるとノッキングが発生し易くなるため、実際は点火時
期を遅角して最高圧力及び温度を下げることにより、理
論熱効率よりも低い熱効率で運転しているのが実情であ
る。またノッキングは低速回転領域で発生し易いため、
図示されたように低速回転領域における熱効率の低下が
著しいものとなり、これが低速で十分なトルクを発生す
るエンジンの開発を阻害する要因の一つになっている。
【0003】低速回転領域でのノッキングとは、点火後
の火炎面の進行と共に既燃部の燃焼ガスの膨張により未
燃焼混合気が断熱圧縮されて高温・高圧になり、その未
燃焼混合気が正常な火炎面の到着前に自己着火を起こす
現象であり、低速回転数ほど燃焼速度が遅く正常な火炎
面の到着までの時間が長いため、ノッキングが起こり易
くなる。このとき、前述したように点火時期を遅角して
最高圧力及び温度を下げることによりノッキングを回避
すると、熱効率の低下を来すことになる。
の火炎面の進行と共に既燃部の燃焼ガスの膨張により未
燃焼混合気が断熱圧縮されて高温・高圧になり、その未
燃焼混合気が正常な火炎面の到着前に自己着火を起こす
現象であり、低速回転数ほど燃焼速度が遅く正常な火炎
面の到着までの時間が長いため、ノッキングが起こり易
くなる。このとき、前述したように点火時期を遅角して
最高圧力及び温度を下げることによりノッキングを回避
すると、熱効率の低下を来すことになる。
【0004】そこで熱効率を低下させずにノッキングを
抑制する手段として、できるだけ短時間で正常燃焼が終
了するように燃焼速度の向上を狙ったものが提案されて
おり、例えばスキッシュエリアを設けて混合気に強い流
動を与えたり、吸気にスワールやタンブル流れを与える
ことが行われていた。また、燃焼距離を短くして正常燃
焼を短時間で終了させるべく、点火プラグを燃焼室の中
央部に配置するとともに燃焼室の形状を球形に近づけた
ものも提案されている。
抑制する手段として、できるだけ短時間で正常燃焼が終
了するように燃焼速度の向上を狙ったものが提案されて
おり、例えばスキッシュエリアを設けて混合気に強い流
動を与えたり、吸気にスワールやタンブル流れを与える
ことが行われていた。また、燃焼距離を短くして正常燃
焼を短時間で終了させるべく、点火プラグを燃焼室の中
央部に配置するとともに燃焼室の形状を球形に近づけた
ものも提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ノッキ
ングを抑制すべく混合気の燃焼速度を増加させると、高
温の燃焼ガスが燃焼室の壁面やピストンの上面に高速で
接触するため、熱伝達率の増加により熱損失が増加して
結果的に熱効率を低下させるため、圧縮比を上げた分に
見合うだけの熱効率の向上が得られない問題がある。
ングを抑制すべく混合気の燃焼速度を増加させると、高
温の燃焼ガスが燃焼室の壁面やピストンの上面に高速で
接触するため、熱伝達率の増加により熱損失が増加して
結果的に熱効率を低下させるため、圧縮比を上げた分に
見合うだけの熱効率の向上が得られない問題がある。
【0006】本発明は前述の事情に鑑みてなされたもの
で、熱効率を低下させることなくノッキングを確実に抑
制することを目的とする。
で、熱効率を低下させることなくノッキングを確実に抑
制することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1に記載された発明は、シリンダヘッドに形
成した燃焼室に連なって該燃焼室との間で混合気の行き
来が可能な混合気冷却室と、クランクシャフトの回転に
連動して混合気冷却室の容積を拡大・縮小する冷却室容
積変更手段とを備えてなり、冷却室容積変更手段は燃焼
室における混合気の燃焼中に混合気冷却室の容積を縮小
することを特徴とする。
に、請求項1に記載された発明は、シリンダヘッドに形
成した燃焼室に連なって該燃焼室との間で混合気の行き
来が可能な混合気冷却室と、クランクシャフトの回転に
連動して混合気冷却室の容積を拡大・縮小する冷却室容
積変更手段とを備えてなり、冷却室容積変更手段は燃焼
室における混合気の燃焼中に混合気冷却室の容積を縮小
することを特徴とする。
【0008】また請求項2に記載された発明は、請求項
1の構成に加えて、シリンダボアに摺動自在に嵌合する
メインピストンにサブピストンを上下動自在に支持し、
メインピストンの上面とサブピストンの下面との間に混
合気冷却室を形成したことを特徴とする。
1の構成に加えて、シリンダボアに摺動自在に嵌合する
メインピストンにサブピストンを上下動自在に支持し、
メインピストンの上面とサブピストンの下面との間に混
合気冷却室を形成したことを特徴とする。
【0009】また請求項3に記載された発明は、請求項
2の構成に加えて、メインピストンとクランクシャフト
とを連接するメインコネクティングロッドの内部にサブ
コネクティングロッドを相対移動自在に収納し、サブコ
ネクティングロッドの上端をサブピストンに接続すると
ともに下端をクランクシャフトに回転自在に支持したカ
ム部材に接続したことを特徴とする。
2の構成に加えて、メインピストンとクランクシャフト
とを連接するメインコネクティングロッドの内部にサブ
コネクティングロッドを相対移動自在に収納し、サブコ
ネクティングロッドの上端をサブピストンに接続すると
ともに下端をクランクシャフトに回転自在に支持したカ
ム部材に接続したことを特徴とする。
【0010】また請求項4に記載された発明は、請求項
3の構成に加えて、クランクシャフトの回転に連動して
カム部材を回転させるべく、カム部材とケーシングとを
ギヤ列を介して接続したことを特徴とする。
3の構成に加えて、クランクシャフトの回転に連動して
カム部材を回転させるべく、カム部材とケーシングとを
ギヤ列を介して接続したことを特徴とする。
【0011】また請求項5に記載された発明は、請求項
4の構成に加えて、カム部材はクランクシャフトの2回
転につき1回転し、混合気冷却室の容積はクランクシャ
フトの2回転につき1回拡大・縮小することを特徴とす
る。
4の構成に加えて、カム部材はクランクシャフトの2回
転につき1回転し、混合気冷却室の容積はクランクシャ
フトの2回転につき1回拡大・縮小することを特徴とす
る。
【0012】また請求項6に記載された発明は、請求項
2の構成に加えて、メインピストンとクランクシャフト
とを連接するメインコネクティングロッドの内部に相対
移動自在に収納したサブコネクティングロッドの上端を
サブピストンに接続するとともに、メインコネクティン
グロッドの下端部近傍にクランクシャフトの回転に連動
して揺動する揺動部材を枢支し、この揺動部材にサブコ
ネクティングロッドの下端を接続したことを特徴とす
る。
2の構成に加えて、メインピストンとクランクシャフト
とを連接するメインコネクティングロッドの内部に相対
移動自在に収納したサブコネクティングロッドの上端を
サブピストンに接続するとともに、メインコネクティン
グロッドの下端部近傍にクランクシャフトの回転に連動
して揺動する揺動部材を枢支し、この揺動部材にサブコ
ネクティングロッドの下端を接続したことを特徴とす
る。
【0013】また請求項7に記載された発明は、請求項
6の構成に加えて、揺動部材はクランクシャフトにカム
係合して揺動することを特徴とする。
6の構成に加えて、揺動部材はクランクシャフトにカム
係合して揺動することを特徴とする。
【0014】また請求項8に記載された発明は、請求項
7の構成に加えて、揺動部材はクランクシャフトの1回
転につき1回揺動し、混合気冷却室の容積はクランクシ
ャフトの1回転につき1回拡大・縮小することを特徴と
する。
7の構成に加えて、揺動部材はクランクシャフトの1回
転につき1回揺動し、混合気冷却室の容積はクランクシ
ャフトの1回転につき1回拡大・縮小することを特徴と
する。
【0015】また請求項9に記載された発明は、請求項
1の構成に加えて、燃焼室の略中央部に点火プラグを配
置するとともに、燃焼室の周縁部において該燃焼室と混
合気冷却室とを連通させたことを特徴とする。
1の構成に加えて、燃焼室の略中央部に点火プラグを配
置するとともに、燃焼室の周縁部において該燃焼室と混
合気冷却室とを連通させたことを特徴とする。
【0016】また請求項10に記載された発明は、請求
項9の構成に加えて、混合気冷却室はメインピストンの
上面とサブピストンの下面との間に略一定の隙間を存し
て形成されることを特徴とする。
項9の構成に加えて、混合気冷却室はメインピストンの
上面とサブピストンの下面との間に略一定の隙間を存し
て形成されることを特徴とする。
【0017】また請求項11に記載された発明は、請求
項1の構成に加えて、ピストンの上面に臨む仕切板をシ
リンダヘッドに上下動自在に支持し、ピストンの上面と
仕切板の下面との間に燃焼室を形成するとともに、仕切
板の上面に混合気冷却室を形成したことを特徴とする。
項1の構成に加えて、ピストンの上面に臨む仕切板をシ
リンダヘッドに上下動自在に支持し、ピストンの上面と
仕切板の下面との間に燃焼室を形成するとともに、仕切
板の上面に混合気冷却室を形成したことを特徴とする。
【0018】また請求項12に記載された発明は、請求
項11の構成に加えて、燃焼室の直径方向一端部に点火
プラグを配置するとともに、燃焼室の直径方向他端部に
おいて該燃焼室と混合気冷却室とを連通させたことを特
徴とする。
項11の構成に加えて、燃焼室の直径方向一端部に点火
プラグを配置するとともに、燃焼室の直径方向他端部に
おいて該燃焼室と混合気冷却室とを連通させたことを特
徴とする。
【0019】
【作用】請求項1の構成によれば、燃焼室内で混合気が
圧縮されるとき、容積が拡大した状態にある混合気冷却
室内に圧入された高温・高圧の未燃焼混合気が該混合気
冷却室の壁面との間の熱伝達により冷却される。燃焼室
の混合気が着火して火炎面が伝播する間、混合気冷却室
内に存在する混合気は冷却により温度低下しているため
に自己着火を起こし難く、ノッキングの発生が抑制され
る。燃焼室において着火した混合気の火炎面が伝播する
過程で、混合気冷却室の容積が縮小することにより該混
合気冷却室内の混合気が燃焼室に押し出され、そこで前
記火炎面に接触して燃焼する。このように、混合気の自
己着火によるノッキングが抑制されるため、ノッキング
を発生させることなく圧縮比の増加と点火時期の進角を
行うことが可能となり、これにより熱効率の向上が達成
される。
圧縮されるとき、容積が拡大した状態にある混合気冷却
室内に圧入された高温・高圧の未燃焼混合気が該混合気
冷却室の壁面との間の熱伝達により冷却される。燃焼室
の混合気が着火して火炎面が伝播する間、混合気冷却室
内に存在する混合気は冷却により温度低下しているため
に自己着火を起こし難く、ノッキングの発生が抑制され
る。燃焼室において着火した混合気の火炎面が伝播する
過程で、混合気冷却室の容積が縮小することにより該混
合気冷却室内の混合気が燃焼室に押し出され、そこで前
記火炎面に接触して燃焼する。このように、混合気の自
己着火によるノッキングが抑制されるため、ノッキング
を発生させることなく圧縮比の増加と点火時期の進角を
行うことが可能となり、これにより熱効率の向上が達成
される。
【0020】請求項2の構成によれば、メインピストン
にサブピストンを上下動自在に支持することにより、メ
インピストンの上面とサブピストンの下面との間に混合
気冷却室が形成される。
にサブピストンを上下動自在に支持することにより、メ
インピストンの上面とサブピストンの下面との間に混合
気冷却室が形成される。
【0021】請求項3の構成によれば、クランクシャフ
トに回転自在に支持したカム部材が回転すると、このカ
ム部材に下端を接続されたサブコネクティングロッドが
駆動され、サブコネクティングロッドの上端に接続され
たサブピストンがメインピストンに対して上下動するこ
とにより、混合気冷却室の容積が拡大・縮小する。
トに回転自在に支持したカム部材が回転すると、このカ
ム部材に下端を接続されたサブコネクティングロッドが
駆動され、サブコネクティングロッドの上端に接続され
たサブピストンがメインピストンに対して上下動するこ
とにより、混合気冷却室の容積が拡大・縮小する。
【0022】請求項4の構成によれば、クランクシャフ
トが回転すると、クランクシャフトに回転自在に支持し
たカム部材が、ケーシングとの間に設けたギヤ列を介し
て回転駆動される。
トが回転すると、クランクシャフトに回転自在に支持し
たカム部材が、ケーシングとの間に設けたギヤ列を介し
て回転駆動される。
【0023】請求項5の構成によれば、クランクシャフ
トが2回転するとカム部材が1回転して混合気冷却室の
容積が1回拡大・縮小するので、4サイクルエンジンの
点火時期に合わせて混合気冷却室の容積を制御すること
ができる。
トが2回転するとカム部材が1回転して混合気冷却室の
容積が1回拡大・縮小するので、4サイクルエンジンの
点火時期に合わせて混合気冷却室の容積を制御すること
ができる。
【0024】請求項6の構成によれば、クランクシャフ
トが回転するとメインコネクティングロッドの下端部近
傍に枢支した揺動部材が揺動し、この揺動部材に下端を
接続されたサブコネクティングロッドが駆動されるた
め、サブコネクティングロッドの上端に接続されたサブ
ピストンがメインピストンに対して上下動して混合気冷
却室の容積が拡大・縮小する。
トが回転するとメインコネクティングロッドの下端部近
傍に枢支した揺動部材が揺動し、この揺動部材に下端を
接続されたサブコネクティングロッドが駆動されるた
め、サブコネクティングロッドの上端に接続されたサブ
ピストンがメインピストンに対して上下動して混合気冷
却室の容積が拡大・縮小する。
【0025】請求項7の構成によれば、クランクシャフ
トが回転すると、クランクシャフトにカム係合する揺動
部材が揺動する。
トが回転すると、クランクシャフトにカム係合する揺動
部材が揺動する。
【0026】請求項8の構成によれば、クランクシャフ
トが1回転すると揺動部材が1回揺動して混合気冷却室
の容積が1回拡大・縮小するので、2サイクルエンジン
の点火時期に合わせて混合気冷却室の容積を制御するこ
とができる。
トが1回転すると揺動部材が1回揺動して混合気冷却室
の容積が1回拡大・縮小するので、2サイクルエンジン
の点火時期に合わせて混合気冷却室の容積を制御するこ
とができる。
【0027】請求項9の構成によれば、燃焼室の周縁部
に滞留する高温状態の未燃焼混合気を混合気冷却室に効
率良く圧入することができる。
に滞留する高温状態の未燃焼混合気を混合気冷却室に効
率良く圧入することができる。
【0028】請求項10の構成によれば、混合気冷却室
の容積に対する表面積を最大限に確保して混合気の冷却
効果を高めることができる。
の容積に対する表面積を最大限に確保して混合気の冷却
効果を高めることができる。
【0029】請求項11の構成によれば、ピストンの上
面に臨むようにシリンダヘッドに仕切板を上下動自在に
支持することにより、ピストンの上面と仕切板の下面と
の間に燃焼室が、また仕切板の上面に混合気冷却室が形
成される。
面に臨むようにシリンダヘッドに仕切板を上下動自在に
支持することにより、ピストンの上面と仕切板の下面と
の間に燃焼室が、また仕切板の上面に混合気冷却室が形
成される。
【0030】請求項12の構成によれば、燃焼室の直径
方向他端部に滞留する高温状態の未燃焼混合気を混合気
冷却室に効率良く圧入することができる。
方向他端部に滞留する高温状態の未燃焼混合気を混合気
冷却室に効率良く圧入することができる。
【0031】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。
する。
【0032】図1〜図9は本発明の第1実施例を示すも
ので、図1はエンジンの要部縦断面図、図2は図1の2
−2線断面図、図3は図2の3−3線断面図、図4は図
2の要部拡大図、図5は図2の要部拡大図、図6はクラ
ンク角と混合気冷却室の高さとの関係を示すグラフ、図
7は作用の説明図、図8はクランク角に対する熱発生率
を示すグラフ、図9はP−V線図である。
ので、図1はエンジンの要部縦断面図、図2は図1の2
−2線断面図、図3は図2の3−3線断面図、図4は図
2の要部拡大図、図5は図2の要部拡大図、図6はクラ
ンク角と混合気冷却室の高さとの関係を示すグラフ、図
7は作用の説明図、図8はクランク角に対する熱発生率
を示すグラフ、図9はP−V線図である。
【0033】図1〜図3に示すように、4サイクル単気
筒エンジンEはクランクケース1、シリンダブロック2
及びシリンダヘッド3を備える。シリンダブロック2に
形成したシリンダボア21 に摺動自在に嵌合するメイン
ピストン4が、メインコネクティングロッド5の小端部
に2分割されたピストンピン6,6を介して枢支され
る。クランクシャフト7は第1クランクシャフト半部8
及び第2クランクシャフト半部9に2分割されており、
各クランクシャフト半部8,9のジャーナル部8 1 ,9
1 、がクランクケース1のベアリング支持部11 ,11
及び該ベアリング支持部部11 ,11 にボルト10…で
固定されたベアリングキャップ11,11間にベアリン
グを介して回転自在に支持される。クランクシャフト7
の第1クランクシャフト半部8に設けたピン部82 に、
前記メインコネクティングロッド5の大端部が枢支され
る。
筒エンジンEはクランクケース1、シリンダブロック2
及びシリンダヘッド3を備える。シリンダブロック2に
形成したシリンダボア21 に摺動自在に嵌合するメイン
ピストン4が、メインコネクティングロッド5の小端部
に2分割されたピストンピン6,6を介して枢支され
る。クランクシャフト7は第1クランクシャフト半部8
及び第2クランクシャフト半部9に2分割されており、
各クランクシャフト半部8,9のジャーナル部8 1 ,9
1 、がクランクケース1のベアリング支持部11 ,11
及び該ベアリング支持部部11 ,11 にボルト10…で
固定されたベアリングキャップ11,11間にベアリン
グを介して回転自在に支持される。クランクシャフト7
の第1クランクシャフト半部8に設けたピン部82 に、
前記メインコネクティングロッド5の大端部が枢支され
る。
【0034】シリンダヘッド3には燃焼室12に開口す
る吸気ポート13及び排気ポート14が形成されてお
り、吸気弁孔131 及び排気弁孔141 がそれぞれ吸気
弁15及び排気弁16で開閉される。シリンダヘッド3
には燃焼室12の中央部に臨むように点火プラグ17が
装着される。
る吸気ポート13及び排気ポート14が形成されてお
り、吸気弁孔131 及び排気弁孔141 がそれぞれ吸気
弁15及び排気弁16で開閉される。シリンダヘッド3
には燃焼室12の中央部に臨むように点火プラグ17が
装着される。
【0035】図4を併せて参照すると明らかなように、
メインピストン4の中心軸線に沿って装着された円筒状
のブッシュ18に、サブピストン19の脚部191 が上
下摺動自在に支持される。脚部191 の上端にはメイン
ピストン4と略同一の直径を有する傘部192 が一体に
形成されており、この傘部192 の下面はメインピスト
ン4の上面に対して接離可能である。サブピストン19
がメインピストン4に対して上昇したとき、サブピスト
ン19とメインピストン4との間に、斜め上方に拡開し
て燃焼室12の周縁部に連通する円錐状の混合気冷却室
20が形成される。
メインピストン4の中心軸線に沿って装着された円筒状
のブッシュ18に、サブピストン19の脚部191 が上
下摺動自在に支持される。脚部191 の上端にはメイン
ピストン4と略同一の直径を有する傘部192 が一体に
形成されており、この傘部192 の下面はメインピスト
ン4の上面に対して接離可能である。サブピストン19
がメインピストン4に対して上昇したとき、サブピスト
ン19とメインピストン4との間に、斜め上方に拡開し
て燃焼室12の周縁部に連通する円錐状の混合気冷却室
20が形成される。
【0036】次に、図4及び図5に基づいて、前記混合
気冷却室20の容積を拡大・縮小する冷却室容積変更手
段31の構造を説明する。
気冷却室20の容積を拡大・縮小する冷却室容積変更手
段31の構造を説明する。
【0037】図4に示すように、メインコネクティング
ロッド5は中空であり、その内部に遊嵌するサブコネク
ティングロッド21の上端が、サブピストン19の脚部
19 1 にピン22を介して枢支される。
ロッド5は中空であり、その内部に遊嵌するサブコネク
ティングロッド21の上端が、サブピストン19の脚部
19 1 にピン22を介して枢支される。
【0038】図5に示すように、クランクシャフト7の
ピン部82 の外周にリング状のカム部材23が回転自在
に支持される。メインコネクティングロッド5を挟むカ
ム部材23の両側面には、半径方向外側に位置する一対
の内周カム面231 ,231と、半径方向内側に位置す
る一対の外周カム面232 ,232 とが形成される。サ
ブピストン19の下端に固着したピン24の両端にカム
フォロワとしての一対のローラ25,25が支持されて
おり、これら一対のローラ25,25は前記一対の内周
カム面231 ,231 に沿って転動する。また、前記ピ
ン24にはカムフォロワとしての一対のスリッパ26,
26が支持されており、これら一対のスリッパ26,2
6は前記一対の外周カム面232 ,232 に沿って摺動
する。
ピン部82 の外周にリング状のカム部材23が回転自在
に支持される。メインコネクティングロッド5を挟むカ
ム部材23の両側面には、半径方向外側に位置する一対
の内周カム面231 ,231と、半径方向内側に位置す
る一対の外周カム面232 ,232 とが形成される。サ
ブピストン19の下端に固着したピン24の両端にカム
フォロワとしての一対のローラ25,25が支持されて
おり、これら一対のローラ25,25は前記一対の内周
カム面231 ,231 に沿って転動する。また、前記ピ
ン24にはカムフォロワとしての一対のスリッパ26,
26が支持されており、これら一対のスリッパ26,2
6は前記一対の外周カム面232 ,232 に沿って摺動
する。
【0039】尚、各スリッパ26はメインコネクティン
グロッド5の側面に突設した一対のガイド部51 ,51
(図3参照)に案内されて上下動する。またカム部材2
3とメインコネクティングロッド5の大端部との摺接部
には、ブッシュ27が装着される。図5における符号2
9は、第1クランクシャフト半部8及び第2クランクシ
ャフト半部9を結合するキーであり、符号30は、2部
材に分割されたカム部材23を一体に結合するキーであ
る。
グロッド5の側面に突設した一対のガイド部51 ,51
(図3参照)に案内されて上下動する。またカム部材2
3とメインコネクティングロッド5の大端部との摺接部
には、ブッシュ27が装着される。図5における符号2
9は、第1クランクシャフト半部8及び第2クランクシ
ャフト半部9を結合するキーであり、符号30は、2部
材に分割されたカム部材23を一体に結合するキーであ
る。
【0040】図1及び図2から明らかなように、クラン
クシャフト7の第2クランクシャフト半部9のジャーナ
ル部91 の外周を囲繞するように、クランクケース1に
第1ギヤG1 が固定される。第2クランクシャフト半部
9のバランスウエイト部92に、ボルト28で一体に結
合された第2ギヤG2 及び第3ギヤG3 が回転自在に支
持される。第2ギヤG2 は前記第1ギヤG1 に噛合する
とともに、第3ギヤG 3 は前記カム部材23に一体に形
成された第4ギヤG4 に噛合する。
クシャフト7の第2クランクシャフト半部9のジャーナ
ル部91 の外周を囲繞するように、クランクケース1に
第1ギヤG1 が固定される。第2クランクシャフト半部
9のバランスウエイト部92に、ボルト28で一体に結
合された第2ギヤG2 及び第3ギヤG3 が回転自在に支
持される。第2ギヤG2 は前記第1ギヤG1 に噛合する
とともに、第3ギヤG 3 は前記カム部材23に一体に形
成された第4ギヤG4 に噛合する。
【0041】第1ギヤG1 、第2ギヤG2 、第3ギヤG
3 及び第4ギヤG4 の歯数Z1 ,Z 2 ,Z3 ,Z4 は、
Z1 =45、Z2 =36、Z3 =28、Z4 =70に設
定されている。従って、クランクシャフト7が図1の矢
印A方向に回転すると、第2ギヤG2 及び第3ギヤG3
は矢印B方向に回転し、第4ギヤG4 は矢印C方向に回
転する。このとき、(Z2 /Z1 )×(Z4 /Z3 )=
2であるため、カム部材23はクランクシャフト7の2
回転につき1回転する。
3 及び第4ギヤG4 の歯数Z1 ,Z 2 ,Z3 ,Z4 は、
Z1 =45、Z2 =36、Z3 =28、Z4 =70に設
定されている。従って、クランクシャフト7が図1の矢
印A方向に回転すると、第2ギヤG2 及び第3ギヤG3
は矢印B方向に回転し、第4ギヤG4 は矢印C方向に回
転する。このとき、(Z2 /Z1 )×(Z4 /Z3 )=
2であるため、カム部材23はクランクシャフト7の2
回転につき1回転する。
【0042】而して、カム部材23が回転すると、内周
カム面231 ,231 にローラ25,25を案内され、
外周カム面232 ,232 にスリッパ26,26を案内
されたサブコネクティングロッド21がメインコネクテ
ィングロッド5に対して相対的に上下動することによ
り、ブッシュ18に脚部191 を案内されたサブピスト
ン19の傘部192 が、メインピストン4に対して接離
し、サブピストン19の傘部192 の下面とメインピス
トン4の上面との間に形成された混合気冷却室20の高
さが、例えば0mm〜0.7mmの範囲で変化する。
カム面231 ,231 にローラ25,25を案内され、
外周カム面232 ,232 にスリッパ26,26を案内
されたサブコネクティングロッド21がメインコネクテ
ィングロッド5に対して相対的に上下動することによ
り、ブッシュ18に脚部191 を案内されたサブピスト
ン19の傘部192 が、メインピストン4に対して接離
し、サブピストン19の傘部192 の下面とメインピス
トン4の上面との間に形成された混合気冷却室20の高
さが、例えば0mm〜0.7mmの範囲で変化する。
【0043】図6のグラフに示すように、圧縮行程が開
始される下死点におけるクランク角θをθ=0°とする
と、前記混合気冷却室20はクランク角θ=0°〜18
0°の圧縮行程では開いており、点火直後の上死点近傍
から閉じ始めて膨張行程におけるクランク角θ=220
°の近傍で完全に閉じられる。膨張行程の後半部分及び
排出行程では混合気冷却室20は閉じられており、吸入
行程に入るとクランク角θ=540°〜620°の間に
混合気冷却室20は再び開かれる。
始される下死点におけるクランク角θをθ=0°とする
と、前記混合気冷却室20はクランク角θ=0°〜18
0°の圧縮行程では開いており、点火直後の上死点近傍
から閉じ始めて膨張行程におけるクランク角θ=220
°の近傍で完全に閉じられる。膨張行程の後半部分及び
排出行程では混合気冷却室20は閉じられており、吸入
行程に入るとクランク角θ=540°〜620°の間に
混合気冷却室20は再び開かれる。
【0044】次に、前述の構成を備えた本発明の実施例
の作用について説明する。
の作用について説明する。
【0045】クランクシャフト7が図1の矢印A方向に
回転すると、前述したようにクランクシャフト7の2回
転につきカム部材23は矢印Cに1回転する。図6のグ
ラフを参照すると明らかなように、クランク角θ=0°
〜180°の圧縮行程において、カム部材23の内周カ
ム面231 ,231 にローラ25,25を案内され、外
周カム面232 ,232 にスリッパ26,26を案内さ
れたサブコネクティングロッド21がメインコネクティ
ングロッド5に対して押し上げられる。その結果、サブ
コネクティングロッド21の上端に接続されたサブピス
トン19がメインピストン4に対して相対的に上昇し、
メインピストン4の上面とサブピストン19の傘部19
2 の下面との間に例えば高さ0.7mmの混合気冷却室
20が形成される。
回転すると、前述したようにクランクシャフト7の2回
転につきカム部材23は矢印Cに1回転する。図6のグ
ラフを参照すると明らかなように、クランク角θ=0°
〜180°の圧縮行程において、カム部材23の内周カ
ム面231 ,231 にローラ25,25を案内され、外
周カム面232 ,232 にスリッパ26,26を案内さ
れたサブコネクティングロッド21がメインコネクティ
ングロッド5に対して押し上げられる。その結果、サブ
コネクティングロッド21の上端に接続されたサブピス
トン19がメインピストン4に対して相対的に上昇し、
メインピストン4の上面とサブピストン19の傘部19
2 の下面との間に例えば高さ0.7mmの混合気冷却室
20が形成される。
【0046】膨張行程が開始される上死点(θ=180
°)の近傍から、カム部材23にローラ25,25及び
スリッパ26,26を案内されたサブコネクティングロ
ッド21がメインコネクティングロッド5に対して引き
下げられ、前記混合気冷却室20の高さは次第に減少
し、θ=220°の近傍でメインピストン4の上面にサ
ブピストン19の傘部192 の下面に当接して混合気冷
却室20の高さは0mmになる。その後、膨張行程の後
半から排出行程を経て吸入行程が開始されるまでの間
(220°<θ<540°)、混合気冷却室20の高さ
は0mmに保持される。そして、吸入行程の前半部分
(540°<θ<600°)において混合気冷却室20
の高さは0mmから0.7mmまで次第に増加した後、
圧縮行程が終了するまでその高さに保持される。
°)の近傍から、カム部材23にローラ25,25及び
スリッパ26,26を案内されたサブコネクティングロ
ッド21がメインコネクティングロッド5に対して引き
下げられ、前記混合気冷却室20の高さは次第に減少
し、θ=220°の近傍でメインピストン4の上面にサ
ブピストン19の傘部192 の下面に当接して混合気冷
却室20の高さは0mmになる。その後、膨張行程の後
半から排出行程を経て吸入行程が開始されるまでの間
(220°<θ<540°)、混合気冷却室20の高さ
は0mmに保持される。そして、吸入行程の前半部分
(540°<θ<600°)において混合気冷却室20
の高さは0mmから0.7mmまで次第に増加した後、
圧縮行程が終了するまでその高さに保持される。
【0047】而して、吸入行程において吸気ポート13
から燃焼室12に吸入された混合気の一部は、容積が拡
大した前記混合気冷却室20にも充填される。混合気冷
却室20は容積が極めて小さいにも関わらず、メインピ
ストン4の上面の表面積とサブピストン19の下面の表
面積との和に略等しい極めて大きな表面積を有してい
る。従って、圧縮行程において混合気が断熱圧縮される
とき、混合気冷却室20内の混合気からサブピストン1
9及びメインピストン4への熱伝達が促進され、混合気
温度の過度の上昇が抑制される。
から燃焼室12に吸入された混合気の一部は、容積が拡
大した前記混合気冷却室20にも充填される。混合気冷
却室20は容積が極めて小さいにも関わらず、メインピ
ストン4の上面の表面積とサブピストン19の下面の表
面積との和に略等しい極めて大きな表面積を有してい
る。従って、圧縮行程において混合気が断熱圧縮される
とき、混合気冷却室20内の混合気からサブピストン1
9及びメインピストン4への熱伝達が促進され、混合気
温度の過度の上昇が抑制される。
【0048】図7(A)に示すように、上死点の近傍で
燃焼室12の中央部に設けた点火プラグ17が火花を発
生すると、燃焼室12の中央部で着火した混合気の火炎
面は燃焼室12の周縁部に向かって伝播する。このと
き、混合気冷却室20内の混合気はサブピストン19及
びメインピストン4への熱伝達により冷却されているた
め、前記火炎面の到着を待たずに自己着火することはな
く、ノッキングの発生が未然に抑制される。
燃焼室12の中央部に設けた点火プラグ17が火花を発
生すると、燃焼室12の中央部で着火した混合気の火炎
面は燃焼室12の周縁部に向かって伝播する。このと
き、混合気冷却室20内の混合気はサブピストン19及
びメインピストン4への熱伝達により冷却されているた
め、前記火炎面の到着を待たずに自己着火することはな
く、ノッキングの発生が未然に抑制される。
【0049】上述したように、点火プラグ17から離れ
た位置(即ち、混合気冷却室20の内部や燃焼室12の
周縁部)に存在する混合気の自己着火を防止しているの
で、圧縮比を高めに設定しても、或いは点火時期を特別
に遅角しなくともノッキングの発生を回避することがで
きるため、熱効率の向上とノッキングの発生防止とを効
果的に両立させることができる。
た位置(即ち、混合気冷却室20の内部や燃焼室12の
周縁部)に存在する混合気の自己着火を防止しているの
で、圧縮比を高めに設定しても、或いは点火時期を特別
に遅角しなくともノッキングの発生を回避することがで
きるため、熱効率の向上とノッキングの発生防止とを効
果的に両立させることができる。
【0050】図7(B)に示すように、着火した混合気
の火炎面が燃焼室12の中央部から周縁部に向かって伝
播する間、混合気冷却室20の容積が縮小することによ
り、該混合気冷却室20内の混合気は燃焼室12の周縁
部に押し出されて燃焼する。このように、混合気の燃焼
は混合気冷却室20では行われず、容積に対して表面積
が小さい燃焼室12でのみ行われるため、燃焼ガスの冷
却損失を最小限に抑えて熱効率を向上させることができ
る。また、混合気冷却室20から燃焼室12に噴出する
混合気の量及び噴出タイミングの設定を変えることによ
り、図8に示すように、全ての混合気が燃焼が完了する
までの燃焼継続時間や、時間の経過に伴う混合気の熱発
生率を任意にコントロールすることができる。
の火炎面が燃焼室12の中央部から周縁部に向かって伝
播する間、混合気冷却室20の容積が縮小することによ
り、該混合気冷却室20内の混合気は燃焼室12の周縁
部に押し出されて燃焼する。このように、混合気の燃焼
は混合気冷却室20では行われず、容積に対して表面積
が小さい燃焼室12でのみ行われるため、燃焼ガスの冷
却損失を最小限に抑えて熱効率を向上させることができ
る。また、混合気冷却室20から燃焼室12に噴出する
混合気の量及び噴出タイミングの設定を変えることによ
り、図8に示すように、全ての混合気が燃焼が完了する
までの燃焼継続時間や、時間の経過に伴う混合気の熱発
生率を任意にコントロールすることができる。
【0051】これにより、燃焼を緩やかに行わせて燃焼
室12内の最高温度を低下させて排気ガス中のNOxを
減少させるとともに、燃焼室12内の圧力変動を低下さ
せて振動や騒音の発生を防止することができる。
室12内の最高温度を低下させて排気ガス中のNOxを
減少させるとともに、燃焼室12内の圧力変動を低下さ
せて振動や騒音の発生を防止することができる。
【0052】図7(C)に示すように、排出行程におい
て混合気冷却室20は完全に閉じられるため、その混合
気冷却室20に燃焼ガスが残留することはなく、次の吸
気行程において混合気冷却室20が開かれるときに混合
気のみを充填することができる。
て混合気冷却室20は完全に閉じられるため、その混合
気冷却室20に燃焼ガスが残留することはなく、次の吸
気行程において混合気冷却室20が開かれるときに混合
気のみを充填することができる。
【0053】図9のP−V線図において、鎖線は圧縮比
の減少や点火時期の遅角によってノッキングの発生を防
止した従来のエンジンに対応するものである。この従来
のエンジンに本発明を適用せずに圧縮比だけを増加させ
ると、破線で示すように最大圧力がP1 まで上昇してノ
ッキングが発生する。しかしながら、実線で示す本発明
によれば、混合気冷却室20に退避した混合気の燃焼が
遅れ、しかも燃焼室20が圧力の緩衝室として機能する
ために燃焼による最大圧力がP2 までしか上昇せず、混
合気冷却室20による混合気の冷却効果と相俟ってノッ
キングの発生が確実に防止される。その後、燃焼室20
に退避していた混合気の燃焼が継続することにより、デ
ィーゼルエンジンの定圧燃焼に近い形で圧力を上昇させ
ずに圧力が高めに維持される。
の減少や点火時期の遅角によってノッキングの発生を防
止した従来のエンジンに対応するものである。この従来
のエンジンに本発明を適用せずに圧縮比だけを増加させ
ると、破線で示すように最大圧力がP1 まで上昇してノ
ッキングが発生する。しかしながら、実線で示す本発明
によれば、混合気冷却室20に退避した混合気の燃焼が
遅れ、しかも燃焼室20が圧力の緩衝室として機能する
ために燃焼による最大圧力がP2 までしか上昇せず、混
合気冷却室20による混合気の冷却効果と相俟ってノッ
キングの発生が確実に防止される。その後、燃焼室20
に退避していた混合気の燃焼が継続することにより、デ
ィーゼルエンジンの定圧燃焼に近い形で圧力を上昇させ
ずに圧力が高めに維持される。
【0054】ところで、上述した緩やかな燃焼に伴う有
効圧力の低下により、本発明のエンジンのサイクルは理
想的なオットーサイクルから逸脱することになるが、ノ
ッキングが防止されることにより圧縮比を増加させるこ
とが可能となり、且つ点火時期を最適点火時期に近く設
定することが可能となるために熱効率が大幅に向上し、
前記オットーサイクルからの逸脱によるデメリットを補
って余り有るメリットを得ることができる。
効圧力の低下により、本発明のエンジンのサイクルは理
想的なオットーサイクルから逸脱することになるが、ノ
ッキングが防止されることにより圧縮比を増加させるこ
とが可能となり、且つ点火時期を最適点火時期に近く設
定することが可能となるために熱効率が大幅に向上し、
前記オットーサイクルからの逸脱によるデメリットを補
って余り有るメリットを得ることができる。
【0055】図10〜図12は本発明の第2実施例を示
すもので、図10はエンジンの要部縦断面図、図11は
図10の11−11線断面図、図12はクランク角と混
合気冷却室の高さとの関係を示すグラフである。尚、こ
の第2実施例において、第1実施例の部材に相当する部
材には、第1実施例と同じ符号が付してある。
すもので、図10はエンジンの要部縦断面図、図11は
図10の11−11線断面図、図12はクランク角と混
合気冷却室の高さとの関係を示すグラフである。尚、こ
の第2実施例において、第1実施例の部材に相当する部
材には、第1実施例と同じ符号が付してある。
【0056】図10及び図11に示すように、このエン
ジンEはケースリードバルブ式の2サイクル単気筒エン
ジンであって、クランクケース1の壁面に該クランクケ
ース1の内外を連通するリードバルブ35を備えるとと
もに、シリンダブロック2の壁面に、シリンダボア21
に開口する一対の掃気ポート22 ,22 とクランク室と
を接続する一対の掃気通路23 ,23 を備える。
ジンEはケースリードバルブ式の2サイクル単気筒エン
ジンであって、クランクケース1の壁面に該クランクケ
ース1の内外を連通するリードバルブ35を備えるとと
もに、シリンダブロック2の壁面に、シリンダボア21
に開口する一対の掃気ポート22 ,22 とクランク室と
を接続する一対の掃気通路23 ,23 を備える。
【0057】この第2実施例は第1実施例と同様に、脚
部191 を介してメインピストン4に上下動可能支持さ
れたサブピストン19を備えており、メインピストン4
の上面とサブピストン19の傘部192 の下面との間
に、燃焼室12の周縁部に連なる混合気冷却室20が形
成される。
部191 を介してメインピストン4に上下動可能支持さ
れたサブピストン19を備えており、メインピストン4
の上面とサブピストン19の傘部192 の下面との間
に、燃焼室12の周縁部に連なる混合気冷却室20が形
成される。
【0058】次に、混合気冷却室20の容積を拡大・縮
小する冷却室容積変更手段31の構造を説明する。メイ
ンコネクティングロッド5の内部にはサブコネクティン
グロッド21が相対移動可能に収納されており、このサ
ブコネクティングロッド21の上端はピン22を介して
サブピストン19の脚部191 に接続される。メインコ
ネクティングロッド5の大端部の近傍にピン36を介し
て二股フォーク状の揺動部材37の上部が枢支されてお
り、この揺動部材37にピン38を介してサブコネクテ
ィングロッド21の下端が枢支される。
小する冷却室容積変更手段31の構造を説明する。メイ
ンコネクティングロッド5の内部にはサブコネクティン
グロッド21が相対移動可能に収納されており、このサ
ブコネクティングロッド21の上端はピン22を介して
サブピストン19の脚部191 に接続される。メインコ
ネクティングロッド5の大端部の近傍にピン36を介し
て二股フォーク状の揺動部材37の上部が枢支されてお
り、この揺動部材37にピン38を介してサブコネクテ
ィングロッド21の下端が枢支される。
【0059】クランクシャフト7のピン部71 外周には
カム溝72 が刻設されており、このカム溝72 に揺動部
材37の下端に設けた一対のカムフォロワ39,39が
当接する。
カム溝72 が刻設されており、このカム溝72 に揺動部
材37の下端に設けた一対のカムフォロワ39,39が
当接する。
【0060】而して、この第2実施例によれば、クラン
クシャフト7が1回転する毎にカム溝92 及びカムフォ
ロワ39,39を介して揺動部材37がピン36回りに
1往復揺動し、この揺動部材37にサブコネクティング
ロッド21を介して接続されたサブピストン19がメイ
ンピストン4に対して1往復上下動することにより、混
合気冷却室20の容積がクランクシャフト7の回転に伴
って変化する。
クシャフト7が1回転する毎にカム溝92 及びカムフォ
ロワ39,39を介して揺動部材37がピン36回りに
1往復揺動し、この揺動部材37にサブコネクティング
ロッド21を介して接続されたサブピストン19がメイ
ンピストン4に対して1往復上下動することにより、混
合気冷却室20の容積がクランクシャフト7の回転に伴
って変化する。
【0061】図12から明らかなように、下死点におけ
るクランク角θをθ=0°としたとき、θ=90°近傍
で混合気冷却室20の容積が拡大し始め、上死点のやや
手前のθ=140°近傍で混合気冷却室20の容積が最
大になり、そこから上死点を僅かに越えたθ=190°
近傍まで混合気冷却室20の容積は漸減するように設定
されている。このようにして、クランクシャフト7の1
回転につき1回の爆発が行われる2サイクルエンジンに
おいては、各上死点の近傍において混合気冷却室20の
容積の拡大・縮小が行われる。
るクランク角θをθ=0°としたとき、θ=90°近傍
で混合気冷却室20の容積が拡大し始め、上死点のやや
手前のθ=140°近傍で混合気冷却室20の容積が最
大になり、そこから上死点を僅かに越えたθ=190°
近傍まで混合気冷却室20の容積は漸減するように設定
されている。このようにして、クランクシャフト7の1
回転につき1回の爆発が行われる2サイクルエンジンに
おいては、各上死点の近傍において混合気冷却室20の
容積の拡大・縮小が行われる。
【0062】その結果、前述した第1実施例と同様に、
燃焼室12内の混合気の圧縮時に、混合気冷却室20内
に退避した混合気を該混合気冷却室20の壁面からの熱
伝達で冷却することにより、熱効率を高めるべく圧縮比
を高めてもノッキングの発生を回避することができる。
そして、点火プラグ17により着火した混合気の火炎面
の伝播中に、容積が縮小する混合気冷却室20から混合
気を排出して燃焼させることにより、混合気の燃焼を従
来よりも長時間に亘って緩やかに行わせ、NOxの低減
や騒音・振動の低減に寄与することができる。
燃焼室12内の混合気の圧縮時に、混合気冷却室20内
に退避した混合気を該混合気冷却室20の壁面からの熱
伝達で冷却することにより、熱効率を高めるべく圧縮比
を高めてもノッキングの発生を回避することができる。
そして、点火プラグ17により着火した混合気の火炎面
の伝播中に、容積が縮小する混合気冷却室20から混合
気を排出して燃焼させることにより、混合気の燃焼を従
来よりも長時間に亘って緩やかに行わせ、NOxの低減
や騒音・振動の低減に寄与することができる。
【0063】図13及び図14は本発明の第3実施例を
示すもので、図13はエンジンの要部縦断面図、図14
は図13の14−14線断面図である。尚、この第3実
施例においても、第1、第2実施例の部材に相当する部
材には、第1、第2実施例と同じ符号が付してある。
示すもので、図13はエンジンの要部縦断面図、図14
は図13の14−14線断面図である。尚、この第3実
施例においても、第1、第2実施例の部材に相当する部
材には、第1、第2実施例と同じ符号が付してある。
【0064】第3実施例はサイドバルブ式の4サイクル
エンジンに本発明を適用したもので、このエンジンEは
燃焼室12がシリンダボア21 の外縁からその直径方向
一端側に延出しており、その延出部に吸気弁15、排気
弁16及び点火プラグ17が設けられる。シリンダヘッ
ド3には燃焼室12に臨むように仕切板41が上下動自
在に配置されており、ピストン42の上面と仕切板41
の下面との間に燃焼室12が形成されるとともに、仕切
板41の上面側に高さの低い混合気冷却室20が形成さ
れる。点火プラグ17から最も離れた仕切板41の端部
に、燃焼室12と混合気冷却室20とを連通させる円弧
状の切欠411 が形成される(図14参照)。仕切板4
1はガイドロッド43を介してシリンダヘッド3に上下
動自在に支持されており、戻しばね44によって上方に
付勢される。
エンジンに本発明を適用したもので、このエンジンEは
燃焼室12がシリンダボア21 の外縁からその直径方向
一端側に延出しており、その延出部に吸気弁15、排気
弁16及び点火プラグ17が設けられる。シリンダヘッ
ド3には燃焼室12に臨むように仕切板41が上下動自
在に配置されており、ピストン42の上面と仕切板41
の下面との間に燃焼室12が形成されるとともに、仕切
板41の上面側に高さの低い混合気冷却室20が形成さ
れる。点火プラグ17から最も離れた仕切板41の端部
に、燃焼室12と混合気冷却室20とを連通させる円弧
状の切欠411 が形成される(図14参照)。仕切板4
1はガイドロッド43を介してシリンダヘッド3に上下
動自在に支持されており、戻しばね44によって上方に
付勢される。
【0065】仕切板41の上方には、図示せぬ伝動機構
を介してクランクシャフトに接続され、そのクランクシ
ャフトの2分の1の回転数で回転するカムシャフト45
が設けられており、カムシャフト45に固定したカム4
6が前記ガイドロッド43の上端に固定したカムフォロ
ワ47に当接する。而して、クランクシャフトが2回転
する間に、混合気冷却室20の容積は、前記図6のグラ
フに示すように1回拡大・縮小する。
を介してクランクシャフトに接続され、そのクランクシ
ャフトの2分の1の回転数で回転するカムシャフト45
が設けられており、カムシャフト45に固定したカム4
6が前記ガイドロッド43の上端に固定したカムフォロ
ワ47に当接する。而して、クランクシャフトが2回転
する間に、混合気冷却室20の容積は、前記図6のグラ
フに示すように1回拡大・縮小する。
【0066】この第3実施例によれば、前記第1実施例
の作用効果を奏することができるばかりか、第1実施例
の如くメインピストン4の上面に混合気冷却室20を形
成する場合に比べて、混合気冷却室20の容積を拡大・
縮小するための冷却室容積変更機構31の構造を大幅に
簡素化することができる。
の作用効果を奏することができるばかりか、第1実施例
の如くメインピストン4の上面に混合気冷却室20を形
成する場合に比べて、混合気冷却室20の容積を拡大・
縮小するための冷却室容積変更機構31の構造を大幅に
簡素化することができる。
【0067】以上、本発明の実施例を詳述したが、本発
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。
明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行う
ことが可能である。
【0068】例えば、混合気冷却室20の容積を拡大・
縮小するタイミングや容積の変化量は、実施例に限定さ
れるものではなく、エンジンEの特性に応じて任意に変
更することが可能である。
縮小するタイミングや容積の変化量は、実施例に限定さ
れるものではなく、エンジンEの特性に応じて任意に変
更することが可能である。
【0069】
【発明の効果】以上のように、請求項1に記載された発
明によれば、燃焼室の混合気が着火して火炎面が伝播す
る間、混合気冷却室内の混合気は冷却されて温度低下し
ているため、その混合気が自己着火を起こし難くなって
ノッキングの発生が抑制される。これにより、ノッキン
グを発生させることなく圧縮比の増加と点火時期の進角
を行うことが可能となって熱効率が向上し、特にノッキ
ングが発生し易い低速回転領域におけるトルクの増大を
図ることができる。しかも、燃焼室において着火した混
合気の火炎面が伝播する過程で、容積が縮小する混合気
冷却室から燃焼室に押し出された混合気が時間遅れをも
って燃焼するため、混合気の燃焼を緩やかに行わせてN
Oxの発生を抑制するとともに、振動や騒音を軽減する
ことができる。
明によれば、燃焼室の混合気が着火して火炎面が伝播す
る間、混合気冷却室内の混合気は冷却されて温度低下し
ているため、その混合気が自己着火を起こし難くなって
ノッキングの発生が抑制される。これにより、ノッキン
グを発生させることなく圧縮比の増加と点火時期の進角
を行うことが可能となって熱効率が向上し、特にノッキ
ングが発生し易い低速回転領域におけるトルクの増大を
図ることができる。しかも、燃焼室において着火した混
合気の火炎面が伝播する過程で、容積が縮小する混合気
冷却室から燃焼室に押し出された混合気が時間遅れをも
って燃焼するため、混合気の燃焼を緩やかに行わせてN
Oxの発生を抑制するとともに、振動や騒音を軽減する
ことができる。
【0070】また請求項2に記載された発明によれば、
シリンダボアに摺動自在に嵌合するメインピストンにサ
ブピストンを上下動自在に支持し、メインピストンの上
面とサブピストンの下面との間に混合気冷却室を形成し
たので、燃焼室に連なる混合気冷却室を容易に形成する
ことができる。
シリンダボアに摺動自在に嵌合するメインピストンにサ
ブピストンを上下動自在に支持し、メインピストンの上
面とサブピストンの下面との間に混合気冷却室を形成し
たので、燃焼室に連なる混合気冷却室を容易に形成する
ことができる。
【0071】また請求項3に記載された発明によれば、
メインピストンとクランクシャフトとを連接するメイン
コネクティングロッドの内部にサブコネクティングロッ
ドを相対移動自在に収納し、サブコネクティングロッド
の上端をサブピストンに接続するとともに下端をクラン
クシャフトに回転自在に支持したカム部材に接続したの
で、シリンダボア内で移動するメインピストンに支持し
たサブピストンを、クランクシャフトに連動して上下動
させることができる。
メインピストンとクランクシャフトとを連接するメイン
コネクティングロッドの内部にサブコネクティングロッ
ドを相対移動自在に収納し、サブコネクティングロッド
の上端をサブピストンに接続するとともに下端をクラン
クシャフトに回転自在に支持したカム部材に接続したの
で、シリンダボア内で移動するメインピストンに支持し
たサブピストンを、クランクシャフトに連動して上下動
させることができる。
【0072】また請求項4に記載された発明によれば、
クランクシャフトの回転に連動してカム部材を回転させ
るべく、カム部材とケーシングとをギヤ列を介して接続
したので、クランクシャフトの回転に正確に連動してカ
ム部材を回転させることができる。
クランクシャフトの回転に連動してカム部材を回転させ
るべく、カム部材とケーシングとをギヤ列を介して接続
したので、クランクシャフトの回転に正確に連動してカ
ム部材を回転させることができる。
【0073】また請求項5に記載された発明によれば、
カム部材はクランクシャフトの2回転につき1回転し、
混合気冷却室の容積はクランクシャフトの2回転につき
1回拡大・縮小するので、4サイクルエンジンの点火時
期に合わせて混合気冷却室の容積を制御することができ
る。
カム部材はクランクシャフトの2回転につき1回転し、
混合気冷却室の容積はクランクシャフトの2回転につき
1回拡大・縮小するので、4サイクルエンジンの点火時
期に合わせて混合気冷却室の容積を制御することができ
る。
【0074】また請求項6に記載された発明によれば、
メインピストンとクランクシャフトとを連接するメイン
コネクティングロッドの内部に相対移動自在に収納した
サブコネクティングロッドの上端をサブピストンに接続
するとともに、メインコネクティングロッドの下端部近
傍にクランクシャフトの回転に連動して揺動する揺動部
材を枢支し、この揺動部材にサブコネクティングロッド
の下端を接続したので、シリンダボア内で移動するメイ
ンピストンに支持したサブピストンを、クランクシャフ
トに連動して上下動させることができる。
メインピストンとクランクシャフトとを連接するメイン
コネクティングロッドの内部に相対移動自在に収納した
サブコネクティングロッドの上端をサブピストンに接続
するとともに、メインコネクティングロッドの下端部近
傍にクランクシャフトの回転に連動して揺動する揺動部
材を枢支し、この揺動部材にサブコネクティングロッド
の下端を接続したので、シリンダボア内で移動するメイ
ンピストンに支持したサブピストンを、クランクシャフ
トに連動して上下動させることができる。
【0075】また請求項7に記載された発明によれば、
揺動部材はクランクシャフトにカム係合して揺動するの
で、クランクシャフトの回転に正確に連動して揺動部材
を揺動させることができる。
揺動部材はクランクシャフトにカム係合して揺動するの
で、クランクシャフトの回転に正確に連動して揺動部材
を揺動させることができる。
【0076】また請求項8に記載された発明によれば、
揺動部材はクランクシャフトの1回転につき1回揺動
し、混合気冷却室の容積はクランクシャフトの1回転に
つき1回拡大・縮小するので、2サイクルエンジンの点
火時期に合わせて混合気冷却室の容積を制御することが
できる。
揺動部材はクランクシャフトの1回転につき1回揺動
し、混合気冷却室の容積はクランクシャフトの1回転に
つき1回拡大・縮小するので、2サイクルエンジンの点
火時期に合わせて混合気冷却室の容積を制御することが
できる。
【0077】また請求項9に記載された発明によれば、
燃焼室の略中央部に点火プラグを配置するとともに、燃
焼室の周縁部において該燃焼室と混合気冷却室とを連通
させたので、燃焼室の周縁部に滞留する高温状態の未燃
焼混合気を混合気冷却室に効率良く圧入することができ
る。
燃焼室の略中央部に点火プラグを配置するとともに、燃
焼室の周縁部において該燃焼室と混合気冷却室とを連通
させたので、燃焼室の周縁部に滞留する高温状態の未燃
焼混合気を混合気冷却室に効率良く圧入することができ
る。
【0078】また請求項10に記載された発明によれ
ば、混合気冷却室はメインピストンの上面とサブピスト
ンの下面との間に略一定の隙間を存して形成されるの
で、混合気冷却室の容積に対する表面積を最大限に確保
して混合気の冷却効果を高めることができる。
ば、混合気冷却室はメインピストンの上面とサブピスト
ンの下面との間に略一定の隙間を存して形成されるの
で、混合気冷却室の容積に対する表面積を最大限に確保
して混合気の冷却効果を高めることができる。
【0079】また請求項11に記載された発明によれ
ば、ピストンの上面に臨む仕切板をシリンダヘッドに上
下動自在に支持し、ピストンの上面と仕切板の下面との
間に燃焼室を形成するとともに、仕切板の上面に混合気
冷却室を形成したので、ピストンの様な可動部材に仕切
板を設ける場合に比べて該仕切板の駆動機構の構造を簡
素化することができる。
ば、ピストンの上面に臨む仕切板をシリンダヘッドに上
下動自在に支持し、ピストンの上面と仕切板の下面との
間に燃焼室を形成するとともに、仕切板の上面に混合気
冷却室を形成したので、ピストンの様な可動部材に仕切
板を設ける場合に比べて該仕切板の駆動機構の構造を簡
素化することができる。
【0080】また請求項12に記載された発明によれ
ば、燃焼室の直径方向一端部に点火プラグを配置すると
ともに、燃焼室の直径方向他端部において該燃焼室と混
合気冷却室とを連通させたので、燃焼室の直径方向他端
部に滞留する高温状態の未燃焼混合気を混合気冷却室に
効率良く圧入することができる。
ば、燃焼室の直径方向一端部に点火プラグを配置すると
ともに、燃焼室の直径方向他端部において該燃焼室と混
合気冷却室とを連通させたので、燃焼室の直径方向他端
部に滞留する高温状態の未燃焼混合気を混合気冷却室に
効率良く圧入することができる。
【図1】第1実施例に係るエンジンの要部縦断面図
【図2】図1の2−2線断面図
【図3】図2の3−3線断面図
【図4】図2の要部拡大図
【図5】図2の要部拡大図
【図6】クランク角と混合気冷却室の高さとの関係を示
すグラフ
すグラフ
【図7】作用の説明図
【図8】クランク角に対する熱発生率を示すグラフ
【図9】P−V線図
【図10】第2実施例に係るエンジンの要部縦断面図
【図11】図10の11−11線断面図
【図12】クランク角と混合気冷却室の高さとの関係を
示すグラフ
示すグラフ
【図13】第3実施例に係るエンジンの要部縦断面図
【図14】図13の14−14線断面図
【図15】オットーサイクルエンジンにおける理論熱効
率を示すグラフ
率を示すグラフ
1 クランクケース(ケーシング) 21 シリンダボア 3 シリンダヘッド 4 メインピストン 5 メインコネクティングロッド 7 クランクシャフト 12 燃焼室 17 点火プラグ 19 サブピストン 20 混合気冷却室 21 サブコネクティングロッド 23 カム部材 31 冷却室容積変更手段 37 揺動部材 41 仕切板 42 ピストン G1 〜G4 第1ギヤ〜第4ギヤ(ギヤ列)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F02B 75/30 F02B 75/30 F02D 45/00 345 F02D 45/00 345B
Claims (12)
- 【請求項1】 シリンダヘッド(3)に形成した燃焼室
(12)に連なって該燃焼室(12)との間で混合気の
行き来が可能な混合気冷却室(20)と、クランクシャ
フト(7)の回転に連動して混合気冷却室(20)の容
積を拡大・縮小する冷却室容積変更手段(31)とを備
えてなり、冷却室容積変更手段(31)は燃焼室(1
2)における混合気の燃焼中に混合気冷却室(20)の
容積を縮小することを特徴とする、エンジンの燃焼制御
装置。 - 【請求項2】 シリンダボア(21 )に摺動自在に嵌合
するメインピストン(4)にサブピストン(19)を上
下動自在に支持し、メインピストン(4)の上面とサブ
ピストン(19)の下面との間に混合気冷却室(20)
を形成したことを特徴とする、請求項1記載のエンジン
の燃焼制御装置。 - 【請求項3】 メインピストン(4)とクランクシャフ
ト(7)とを連接するメインコネクティングロッド
(5)の内部にサブコネクティングロッド(21)を相
対移動自在に収納し、サブコネクティングロッド(2
1)の上端をサブピストン(19)に接続するとともに
下端をクランクシャフト(7)に回転自在に支持したカ
ム部材(23)に接続したことを特徴とする、請求項2
記載のエンジンの燃焼制御装置。 - 【請求項4】 クランクシャフト(7)の回転に連動し
てカム部材(23)を回転させるべく、カム部材(2
3)とケーシング(1)とをギヤ列(G1 〜G 4 )を介
して接続したことを特徴とする、請求項3記載のエンジ
ンの燃焼制御装置。 - 【請求項5】 カム部材(23)はクランクシャフト
(7)の2回転につき1回転し、混合気冷却室(20)
の容積はクランクシャフト(7)の2回転につき1回拡
大・縮小することを特徴とする、請求項4記載のエンジ
ンの燃焼制御装置。 - 【請求項6】 メインピストン(4)とクランクシャフ
ト(7)とを連接するメインコネクティングロッド
(5)の内部に相対移動自在に収納したサブコネクティ
ングロッド(21)の上端をサブピストン(19)に接
続するとともに、メインコネクティングロッド(5)の
下端部近傍にクランクシャフト(7)の回転に連動して
揺動する揺動部材(37)を枢支し、この揺動部材(3
7)にサブコネクティングロッド(21)の下端を接続
したことを特徴とする、請求項2記載のエンジンの燃焼
制御装置。 - 【請求項7】 揺動部材(37)はクランクシャフト
(7)にカム係合して揺動することを特徴とする、請求
項6記載のエンジンの燃焼制御装置。 - 【請求項8】 揺動部材(37)はクランクシャフト
(7)の1回転につき1回揺動し、混合気冷却室(2
0)の容積はクランクシャフト(7)の1回転につき1
回拡大・縮小することを特徴とする、請求項7記載のエ
ンジンの燃焼制御装置。 - 【請求項9】 燃焼室(12)の略中央部に点火プラグ
(17)を配置するとともに、燃焼室(12)の周縁部
において該燃焼室(12)と混合気冷却室(20)とを
連通させたことを特徴とする、請求項1記載のエンジン
の燃焼制御装置。 - 【請求項10】 混合気冷却室(20)はメインピスト
ン(4)の上面とサブピストン(19)の下面との間に
略一定の隙間を存して形成されることを特徴とする、請
求項9記載のエンジンの燃焼制御装置。 - 【請求項11】 ピストン(42)の上面に臨む仕切板
(41)をシリンダヘッド(3)に上下動自在に支持
し、ピストン(42)の上面と仕切板(41)の下面と
の間に燃焼室(12)を形成するとともに、仕切板(4
1)の上面に混合気冷却室(20)を形成したことを特
徴とする、請求項1記載のエンジンの燃焼制御装置。 - 【請求項12】 燃焼室(12)の直径方向一端部に点
火プラグ(17)を配置するとともに、燃焼室(12)
の直径方向他端部において該燃焼室(12)と混合気冷
却室(20)とを連通させたことを特徴とする、請求項
11記載のエンジンの燃焼制御装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7143530A JPH08338274A (ja) | 1995-06-09 | 1995-06-09 | エンジンの燃焼制御装置 |
PCT/JP1996/001558 WO1996041939A1 (fr) | 1995-06-09 | 1996-06-07 | Dispositif de gestion de combustion pour un moteur |
US08/973,825 US5908012A (en) | 1995-06-09 | 1996-06-07 | Combustion control device for an engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP7143530A JPH08338274A (ja) | 1995-06-09 | 1995-06-09 | エンジンの燃焼制御装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08338274A true JPH08338274A (ja) | 1996-12-24 |
Family
ID=15340891
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP7143530A Pending JPH08338274A (ja) | 1995-06-09 | 1995-06-09 | エンジンの燃焼制御装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5908012A (ja) |
JP (1) | JPH08338274A (ja) |
WO (1) | WO1996041939A1 (ja) |
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JP2010090794A (ja) * | 2008-10-08 | 2010-04-22 | Nissan Motor Co Ltd | 内燃機関およびその燃焼制御方法 |
CN110118126A (zh) * | 2019-06-03 | 2019-08-13 | 郑州航空工业管理学院 | 活塞高度连续可变自锁的节能发动机 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US6752105B2 (en) * | 2002-08-09 | 2004-06-22 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The United States Environmental Protection Agency | Piston-in-piston variable compression ratio engine |
EP1424473A1 (en) * | 2003-03-24 | 2004-06-02 | Siegfried Meyer | Dual-piston engine |
US7389755B2 (en) * | 2005-07-21 | 2008-06-24 | Ronald Dean Noland | Tandem-piston engine |
CN100460638C (zh) * | 2006-06-30 | 2009-02-11 | 陈永清 | 引擎 |
CN101709669B (zh) * | 2009-11-26 | 2011-07-27 | 汪荣林 | 燃烧室废气可外排的内燃机活塞装置 |
DE112010005533T5 (de) * | 2010-04-30 | 2013-05-16 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Kolben einer Kraftmaschine |
US9885281B2 (en) * | 2016-06-13 | 2018-02-06 | Ford Global Technologies, Llc | Engine system with two pistons |
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