WO2013054559A1 - 二軸出力型の逆ｖ型略対向エンジン - Google Patents

二軸出力型の逆ｖ型略対向エンジン Download PDF

Info

Publication number
WO2013054559A1
WO2013054559A1 PCT/JP2012/059272 JP2012059272W WO2013054559A1 WO 2013054559 A1 WO2013054559 A1 WO 2013054559A1 JP 2012059272 W JP2012059272 W JP 2012059272W WO 2013054559 A1 WO2013054559 A1 WO 2013054559A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
engine
inverted
piston
combustion chamber
cylinder
Prior art date
Application number
PCT/JP2012/059272
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佳行 中田
Original Assignee
Nakata Yoshiyuki
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nakata Yoshiyuki filed Critical Nakata Yoshiyuki
Publication of WO2013054559A1 publication Critical patent/WO2013054559A1/ja

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/28—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F02B75/282—Engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders the pistons having equal strokes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
    • F01B7/00—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders
    • F01B7/02—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders with oppositely reciprocating pistons
    • F01B7/14—Machines or engines with two or more pistons reciprocating within same cylinder or within essentially coaxial cylinders with oppositely reciprocating pistons acting on different main shafts

Definitions

  • pressure energy generated by the expansion of an air-fuel mixture combusted in the same combustion chamber is simultaneously applied to a pair of pistons having a predetermined bank angle and positioned in an inverted V-shaped facing relationship, and left and right pistons
  • the present invention relates to a two-shaft output type reverse V-type substantially opposed engine that obtains rotational power via left and right crank mechanisms.
  • a reciprocating four-cycle gasoline engine is an internal combustion engine used in a wide range of fields such as automobiles, ships, farm equipment, or generators.
  • the above gasoline engine is also called a spark ignition internal combustion engine or a spark ignition engine that ignites using electric sparks, and mainly completes the four steps of intake, compression, ignition (expansion), and exhaust in two reciprocations of the piston.
  • the expansion phenomenon is performed in a short time in the vicinity of the minimum volume of the air-fuel mixture in the cylinder, and the combustion volume is almost constant, so that the so-called constant volume combustion cycle or Otto cycle is called.
  • Its features are large output per displacement, easy operation at high speeds, low noise and vibration, and excellent quietness.
  • Main applications are passenger cars, small commercial vehicles, motorcycles, small size Widely used in outboard motors and small work machines.
  • the thermal energy from the combustion of the fuel is first converted into a reciprocating motion as the pressure (expansion) of the working fluid, and then in a rotational motion.
  • Higher compression, higher output, higher torque, etc. but the problems that arise with increased output include environmental performance such as low vibration, lighter weight, quietness, compactness, and lower fuel consumption. Securement is also required.
  • a cylinder arrangement Limiting the cylinder volume to a certain range to increase the number of cylinders and the arrangement of pistons greatly affect vibration characteristics, weight balance, quietness, and the like.
  • an in-line engine, a V-type engine, a horizontally opposed engine, and the like are examples of the thermal energy from the combustion of the fuel.
  • the inline engine is the simplest structure in which all the cylinders are arranged in a straight line, and the pistons are arranged to move vertically up and down with respect to the ground, increasing the number of cylinders and smoothing the engine rotation,
  • the engine output can be increased by increasing the total engine displacement.
  • the V-type engine can be reduced in length and height by arranging an in-line engine with half the total number of cylinders in a V-shape (bank angle 60 to 90 degrees). In comparison, vibration can be suppressed and output torque can be increased.
  • the horizontally opposed engine can lower the center of gravity by reciprocating the piston horizontally with the bank angle opened 180 degrees, so that it can suppress operating vibrations and enable quiet and stable running. is there.
  • the cylindrical combustion chamber is disposed sideways, and the spark plug is disposed to be biased to one side. Therefore, the explosion / expansion energy forms an angle with respect to the reciprocating direction of the piston and the piston head. Because of this, it has a structure that tends to cause piston parting and knocking, and the shape of the combustion chamber is a horizontally long cylinder, resulting in variations in the flame propagation speed of the mixture in the combustion chamber, resulting in an explosion. -There was a problem that expansion energy was not effectively transmitted to the output shaft.
  • a piston having a flat or curved notched recess at the upper surface end of the piston was placed oppositely in a cylinder with a horizontal fuel injection valve provided in the center, with the recess facing downward,
  • the piston is installed in the cylinder with the upper surface of the piston facing so that the lower part becomes wider and narrows as it goes upwards, and the supply port and exhaust port are provided at appropriate positions in the center of the cylinder.
  • It is equipped with a closed chamber, exhaust ports and suction ports are provided at both ends of the cylinder near the crank chamber or at appropriate positions in the crank chamber, and a pneumatic tank that enables indoor pressure adjustment or air supply, and a supply port and a discharge port.
  • a “horizontally opposed engine” (see Patent Document 2), which is connected and provided with a valve for adjusting and controlling the flow at each inlet / outlet, has been proposed.
  • the technology is such that the piston upper surface is inclined at an appropriate angle, the piston is provided with a recess by cutting out an appropriate amount on a flat surface or an arbitrary curved surface at the end, and the recess is injected into the fuel in a horizontal cylinder provided with a fuel injection valve in the center.
  • the piston is placed opposite to the lower side of the valve and the distance between the upper surface of the piston becomes narrower as it is farther from the fuel injection valve.
  • Discharge ports and suction ports are provided at both ends of the cylinder near the crank chamber or at appropriate positions in the crank chamber, and a pneumatic tank, supply port, and discharge port that can adjust the indoor pressure or supply air to the supply pipe or discharge pipe.
  • the flow of gas is controlled by a valve, but the piston head and the piston head are reciprocated by forming a notch in the cylinder head. Since the explosion / expansion energy acts at an angle with respect to the piston, it is easy to cause a partial reduction or knocking phenomenon of the piston, and the balance weight of the piston is biased to one side. It had a shape that facilitates the reduction of part and knocking phenomenon.
  • the conventional internal combustion engine can increase further high rotation, high output, high torque, etc., and it has environmental performance such as low vibration, light weight, quietness, compactness, and low fuel consumption. There is also a need for an internal combustion engine equipped with the above.
  • the present applicant pays attention to the structure of the V-type engine and the horizontally opposed engine, and arranges one combustion chamber located in the center and two inverted V-shaped opposed engines on both sides thereof, and the center.
  • Generated in the internal combustion engine device with the idea that the single explosion / expansion energy of the combustion chamber located in the combustion chamber can be used as rotational energy via the mechanical transmission mechanism of the inverted V-type opposed engine.
  • a pair of inverse V is obtained by the explosion / expansion energy obtained by burning the air-fuel mixture in the same combustion chamber in the internal combustion engine device.
  • the pressure energy generated by the expansion of the air-fuel mixture combusted in the same combustion chamber is simultaneously applied to a pair of pistons positioned in an inverted V-shaped substantially opposite relationship, thereby achieving quietness, vibration, and durability. It is an object of the present invention to provide a technology related to an excellent internal combustion engine of high rotation and high output by shortening the stroke.
  • a pair of pistons having a predetermined bank angle (185 ° to 230 °) and positioned in an inverted V-shaped opposing relationship are simultaneously subjected to pressure energy due to expansion of an air-fuel mixture combusted in the same combustion chamber.
  • a two-shaft output type inverted V-type opposed engine that obtains rotational power from left and right pistons via left and right crank mechanisms, respectively, and includes a cylinder head equivalent part, a cylinder, a piston, and a connecting rod.
  • the crank head shaft portion and the output shaft, and the cylinder head equivalent portion includes an intake valve, an exhaust valve, an ignition plug, an intake manifold, and an exhaust manifold, and the cylinder is connected to the cylinder head equivalent portion.
  • the piston is inclined from 185 degrees to 230 degrees at the bank angle toward the left and right, and the piston head is a high compression type with a mountain shape.
  • a combustion chamber is formed by the inner walls of the left and right piston head portions and the cylinder head equivalent portion at the top dead center, and the pair of left and right crank camshaft shafts rotate to the output shaft via a reciprocating synchronization mechanism. And a means for obtaining power from the output shaft.
  • a pair of four-cycle combustion engines are arranged in an inverted V-shaped (bank angle of 185 ° to 230 °) horizontally long, so that the vehicle can be made compact. Stable running with a low center of gravity is possible, and the reverse V-shaped substantially opposed engine is disposed at the opposed position, thereby providing an excellent effect of canceling vibrations caused by engine operation.
  • the farther the combustion chamber shape is from the ignition position the smaller the combustion chamber volume. It has an excellent effect that the propagation speed is high and the friction loss is less likely to occur in the pair of pistons having the cylinder bank angle (185 ° to 230 °) and positioned in an inverted V-shaped facing relationship.
  • the two-shaft output type inverted V-type opposed engine since there are two combustion chambers and two pistons opposed to the inverted V shape, the same displacement and the same bore are provided. If there is, the stroke is halved, so that an ultra-high rotation type short stroke engine becomes possible and the load on the piston head is reduced.
  • the two-shaft output type inverted V-type substantially opposed engine according to the present invention, two opposed V-shaped opposed to the maximum volume obtained by adding the volume of the combustion chamber arranged in the center and the cylinder volume. Since the total surface area of the piston bores is more than twice the surface area of the piston bore of the conventional four-cycle combustion engine, a high-power internal combustion engine with the same displacement can be realized, and at the same time By forming the length with a short stroke, it is easy to fit in the engine room in a compact manner, and further has an excellent effect that a high-speed internal combustion engine can be realized with high silence performance.
  • an intake / exhaust valve system such as OHV, SOHC, DOHC, etc. is attached to the upper surface of a conventional cylinder head to facilitate the management of valve opening / closing timing. By doing so, it is possible to achieve an excellent effect of increasing the intake air amount and increasing the combustion efficiency.
  • the volume of the combustion chamber becomes narrower as the combustion chamber becomes farther from the ignition position.
  • a fuel having a high flame propagation speed such as light oil, LPG, natural gas, hydrogen, and methanol can be used can be obtained.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional explanatory view showing an entire biaxial output type inverted V-type substantially opposed engine according to the present invention.
  • Example 1 It is typical sectional explanatory drawing which shows the inhalation
  • the biaxial output type inverted V-type substantially opposed engine of the present invention has a predetermined bank angle (185 degrees to 230 degrees) and a pair of pistons positioned in an inverted V-shaped opposed relation in the same combustion chamber.
  • the pressure energy generated by the expansion of the combusted air-fuel mixture is applied simultaneously, and the two-shaft output type inverted V-type opposed engine is obtained, which obtains rotational power from the left and right pistons via the left and right crank mechanisms, respectively.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional explanatory view showing the entire biaxial output type inverted V-type substantially opposed engine according to the present invention.
  • the two-shaft output type inverted V-type substantially opposed engine 10 of the present invention is identical to a pair of pistons 40 having a predetermined bank angle ⁇ (185 degrees to 230 degrees) and positioned in an opposed relationship in an inverted V shape.
  • the structure is such that the pressure energy resulting from the expansion of the air-fuel mixture combusted in the combustion chamber is simultaneously applied to obtain rotational power from the left and right pistons 40 via the left and right crank mechanisms, respectively.
  • the intake / exhaust valve system of the present invention includes an injection type fuel injection in which fuel is injected into an intake manifold 31 to send a mixture of fuel and air into a combustion chamber, and a high-pressure fuel is injected into the combustion chamber 24 to produce a spark plug 23.
  • a fuel injection method of a direct injection type injection device that blows fuel in the vicinity can be used, and in this specification, description is made using injection type fuel injection.
  • the cylinder head equivalent 20 is formed in a state where an intake valve 21, an exhaust valve 22, an ignition plug 23, an intake manifold 31, and an exhaust manifold 32 are recessed in the upper part of the combustion chamber 24.
  • the intake valve 21 is connected to a valve system such as OHV, SOHC, or DOHC.
  • the intake valve 21 is provided on the upper portion of the combustion chamber 24 and sucks an air-fuel mixture obtained by mixing gasoline or the like with a carburetor into the combustion chamber 24 through the intake manifold 31. It is an operating valve.
  • the exhaust valve 22 is connected to a valve system such as OHV, SOHC, or DOHC.
  • the exhaust valve 22 is provided above the combustion chamber 24 and exhausts the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 24 to the catalyst through the exhaust manifold 32. It is a valve.
  • the ignition plug 23 is an ignition device that is vertically disposed between the intake valve 21 and the exhaust valve 22 at the upper center of the combustion chamber 24 and is electrically ignited by being distributed from a distributor.
  • the combustion chamber 24 is located at the apex of the cylinder 30 facing the inverted V shape of the cylinder head equivalent 20 in the center of the cylinder block body, and when the combustion chamber volume becomes the minimum volume in the explosion / expansion stroke of the four-cycle combustion stroke. As the distance from the spark plug 23 increases, the volume of the combustion chamber 24 becomes narrower, and even fuels such as gasoline, light oil, LPG, natural gas, hydrogen, methanol, etc., having a high ignition flame propagation speed. An internal combustion engine with high combustion efficiency can be formed.
  • the cylinder 30 has an inverted V-shaped bank angle ⁇ (185 degrees to 230 degrees) with respect to the cylinder block body, and is disposed in a relationship facing the inverted V shape, and is disposed in an inverted V shape. By doing so, compactness is achieved, and by arranging them in an opposing relationship, a low center of gravity and a low vibration are achieved.
  • ⁇ 185 degrees to 230 degrees
  • the cooling of the cylinder 30 is not shown in the figure, an air age or a water cooling system using a heat sink such as a heat sink can be considered.
  • the intake manifold 31 is disposed on the intake valve 21 side at the upper center of the combustion chamber 24 of the cylinder block body, and is an intake pipe that causes the combustion chamber 24 to intake an air-fuel mixture obtained by mixing gasoline or the like with a carburetor.
  • the exhaust manifold 32 is an exhaust pipe that is disposed on the exhaust valve 22 side at the center upper part of the combustion chamber 24 of the cylinder block body and discharges the air-fuel mixture burned in the combustion chamber 24 from the combustion chamber 24 to the catalyst.
  • the piston 40 reciprocates in the cylinder by a crank transmission mechanism composed of a connecting rod 50 and a crank camshaft shaft 60, and transmits the explosion / expansion energy generated in the combustion chamber 24 to the rotating shaft.
  • a ring and an oil ring are provided to improve the inner surface and confidentiality of the cylinder 30.
  • the piston head 41 has a shape similar to a convex head whose so-called zenith is raised in a mountain shape, and is formed in a mountain shape that forms a gentle curved surface inclined from the center toward the circumferential edge.
  • the connecting rod 50 has a small end 52 serving as a piston pin insertion portion for connecting to the piston 40 at one end, and a big end serving as an insertion portion by a crank pin for connecting to the crank camshaft shaft 60 at the other end. 53 is provided to change the reciprocating motion of the piston 40 into a rotational motion.
  • the reciprocating synchronization mechanism 51 (not shown) is connected to a position opposite to a position where the pair of pistons 40 are connected to the crank camshaft shaft 60, and a timing belt and a gear are used to synchronize the pair of piston transmission mechanisms. , And connected and synchronized by a crank camshaft, a chain, and the like.
  • the crank camshaft shaft 60 is provided in the journal portion in the housing case 70 via a metal, a bearing, or the like, and a balance weight 61 for preventing vibration is provided on the opposite side of the outer circumference connected to the connecting rod 50.
  • the piston 40 or the connecting rod 50 cancels out the inertial force related to the weight of the connecting rod 50 to suppress the vibration, and the piston 40 which is to perform a linear operation is changed to a smooth rotational motion.
  • the biaxial output type inverted V-type substantially opposed engine 10 includes a combustion chamber 24 located in the center for explosion / expansion energy generated in the combustion chamber 24, and two engines disposed on both sides thereof.
  • An inverted V-shaped oncoming engine is arranged, and one explosion / expansion energy in the combustion chamber 24 located in the center is mechanically converted into rotational energy via the mechanical transmission mechanism of two inverted V-type oncoming engines. To communicate.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional explanatory view showing an intake process of the biaxial output type inverted V-type substantially opposed engine according to the present invention.
  • the intake process when the piston 40 starts to descend while the piston 40 reaches the bottom dead center L from the top dead center H, the intake valve 21 is opened and air (air mixture) is sucked into the cylinder 30 through the intake manifold 31. It is a process.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional explanatory view showing a compression process of the biaxial output type inverted V-type substantially opposed engine according to the present invention.
  • the compression process when the piston 40 is changed from the top dead center H to the bottom dead center L, the intake valve 21 and the exhaust valve 22 are closed, and the air (air mixture) sucked into the cylinder 30 is The air (air mixture) compressed by rising and compressed is a process in which the pressure increases and becomes the combustion temperature.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional explanatory view showing an explosion / expansion stroke of a biaxial output type inverted V-type substantially opposed engine according to the present invention.
  • ignition is performed by the spark plug 23 in the combustion chamber 24
  • the piston 40 is pushed down by the explosion / expansion energy of the combustion gas G that has become high temperature and high pressure by combustion, and the crank camshaft shaft This is a step of mechanically transmitting the rotational force to 60 output shafts 62.
  • the cylinder bore can be reduced even with the same displacement, thereby enabling a high-speed short stroke engine. It is.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional explanatory view showing an exhaust process of the biaxial output type inverted V-type substantially opposed engine according to the present invention.
  • the combustion gas G after the explosion of the air-fuel mixture is finished is pushed out from the exhaust valve 22 through the exhaust manifold 32 to the muffler portion when the piston 40 rises again to become exhaust gas, which is filtered by the catalyst and outside the vehicle. To be released.
  • the piston 40 is lowered again and returned to the intake process.
  • the two-shaft output type reverse V-type substantially opposed engine 10 of the present invention is such that the piston 40 is operated in two reciprocating cycles in the series of intake steps, compression steps, combustion / expansion steps, and exhaust steps. is there.
  • the two-shaft output type inverted V-type substantially opposed engine of the present invention is small, light, and has high output, it is used as a power source for emergency generators and wind power generators as an automobile engine. Therefore, it is understood that the industrial applicability of the two-shaft output type inverted V-type substantially opposed engine of the present invention is increased.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)

Abstract

【課題】本発明は、逆Ｖ字型の略対向関係に位置する一対のピストンに、同一燃焼室内で燃焼させた混合気の膨張による圧力エネルギーを同時に作用させることで、静粛性、振動性、耐久性に優れ、ショートストローク化による高回転高出力型の内燃機関に関する技術を提供しようとするものである。 【解決手段】所定のバンク角（185度～230度）を有して逆Ｖ字型の対向関係に位置する一対のピストンに、同一燃焼室内で燃焼させた混合気の膨張による圧力エネルギーを同時に作用させ、左右の各ピストンから其々左右のクランク機構を介して回転動力を得る構成の二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンとした。

Description

二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジン
　本発明は、所定のバンク角を有して逆Ｖ字型の対向関係に位置する一対のピストンに、同一燃焼室内で燃焼させた混合気の膨張による圧力エネルギーを同時に作用させ、左右の各ピストンから其々左右のクランク機構を介して回転動力を得る二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンに関する。
　燃料を機関内部で燃焼させ、発生する熱エネルギーを機械的エネルギーに変換して動力を得る内燃機関は、基本サイクル、点火方式、シリンダ配列、吸排気構造、使用燃料などによって分類されるが、中でもレシプロ４サイクルガソリンエンジンは、自動車、船舶、農機具、又は発電機など、広い分野で用いられる内燃機関である。
　上記のガソリンエンジンは、電気による火花を用いて点火する火花点火内燃機関や火花点火エンジンとも呼ばれるもので、主に、吸気・圧縮・点火（膨張）・排気の４つの工程をピストン２往復で終了する４ストロークエンジンと、前記４つの工程（吸排気同時の掃気）を一往復で終了する２ストロークエンジンとがある。いずれも膨張現象がシリンダ内において、混合気の体積が最小となる付近で短時間に一気に行われ、燃焼容積がほぼ一定であることから定積燃焼サイクル、又はオットーサイクルと呼ばれるものである。その特徴は、排気量あたりの出力が大きく、また高速回転による運転も容易で、振動や騒音が少なく静寂性に優れていることから、主な用途としては乗用車、小型商業車、自動二輪車、小型船外機、小型作業機械などに広く利用されている。
　また、上記のガソリンエンジンでは燃料の燃焼による熱エネルギーを作動流体の圧力（膨張）としてまず往復動に変換し、次いで回転運動としているため、機械的エネルギーとしてパワーアップするには、高回転化や高圧縮化することで、高出力、高トルク等を得ることになるが、これら出力増加に伴って生じる問題として、低振動、軽量化、静寂性、コンパクト化、低燃費化等の環境性能の確保も必要とされるものである。それらの問題を解決する手段として、シリンダ配列の選択がある。シリンダ容積をある範囲に限定して多気筒化することや、ピストンの配列により、振動特性、重量バランス、静粛性等に大きく影響する。具体的には、直列型エンジン、Ｖ型エンジン、水平対向エンジン等である。
　直列型エンジンは、全ての気筒を一直線上に配置する最もシンプルな構造で、ピストンは地面に対して垂直に上下動するように配置され、気筒の数を増やしてエンジンの回転を滑らかにしたり、エンジンの総排気量を大きくしてエンジン出力を高めることができるものである。
　また、Ｖ型エンジンは、総気筒数の半数の気筒数の直列型エンジンをＶ字形（バンク角60～90度）に配置することでエンジンの長さや高さをコンパクト化でき、直列型エンジンと比較して振動を抑制して出力トルクを高めることができるものである。
　また、水平対向エンジンは、バンク角が180度開いた状態でピストンが横向きに往復動することで重心を低くすることができるため、動作振動を抑制し、静寂・安定走行が可能となるものである。
　さらに、従来からも、上記のガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関におけるサイクル方式、点火方式、吸気方式、燃焼方式、吸排気弁システムや、エンジン構造の改良ならびに組み合わせよって燃焼効率を上げようとする数多くの内燃機関の提案がなされている。例えば、燃焼室を一にする通しシリンダ内に二機の対向したピストンを配置し、作用と反作用の両エネルギーを出力として取り出す「レシプロエンジンにおける反作用を動力化」（特許文献１参照）が提案されている。
　しかしながら、係る技術は円筒形の燃焼室が横向きに配置され、点火プラグが一方に偏って配置されるため、ピストンならびにピストンヘッドの往復動の方向に対して爆発・膨張エネルギーが角度を成して作用するため、ピストンの片減りやノッキング現象を起こしやすい構造を有し、また燃焼室の形状が横長の円筒形であるため、燃焼室内における混合気の火炎伝播速度のバラツキが発生して、爆発・膨張エネルギーが出力軸に有効に伝達されない問題点があるものであった。
　また、ピストン上面端部に平面或は曲面にて切欠き凹部を設けたピストンを、水平とし燃料噴射弁を中央部に設けたシリンダ内で凹部が下方となるよう対向設置したことと、ピストン上面を適角度に傾斜させ下方が広く上方に行くに従って狭くなるようピストン上面を対向させてシリンダ内にピストンを設けたことと、供給口・排気口をシリンダ中央適位置に設け、シリンダ両端にクランク室を設けて密室とし、クランク室寄りのシリンダ両端或はクランク室適位置に排出口・吸入口を設け、室内圧力調整或は大気の送入を可能とした空気圧タンクと、供給口と排出口を連結し、各出入口に流れを調整制御する弁を設けた「水平対向エンジン」（特許文献２参照）が提案されている。
　しかしながら、係る技術はピストン上面を適角度傾斜させ端部に平面或は任意曲面にて適量切欠いて凹部を設けたピストンを、燃料噴射弁を中央部に設け水平としたシリンダ内で凹部を燃料噴射弁側の下方とし、且つ燃料噴射弁より遠くなる程ピストン上面間が狭くなるようピストンを対向設置し、供給口・排気口をシリンダ中央適位置に設けシリンダ両端にクランク室を設けて密室とし、クランク室寄りのシリンダ両端或はクランク室適位置に排出口・吸入口を設け、室内圧力調整或は大気の送入を可能とした空気圧タンクと供給口と排出口を供給管或は排出管にて連結し弁にて気体の流れを制御するようにしたものであるが、シリンダヘッドに切欠いた凹部を形成していることによって、ピストンならびにピストンヘッドの往復動の方向に対して爆発・膨張エネルギーが角度を成して作用するため、ピストンの片減りやノッキング現象を起こしやすい構造であると共に、ピストンのバランス重量が一方に偏るため、高回転時における振動ならびにピストンの片減りやノッキング現象を助長しやすい形状を有するものであった。
　以上のように、従来の内燃機関から、更なる高回転、高出力、高トルク等を増大させることができると共に、低振動、軽量化、静寂性、コンパクト化、低燃費化等の環境性能をも備えた内燃機関が求められるものである。
　そこで、本出願人は、Ｖ型エンジンならびに水平対向エンジンの構造に着目し、中央に位置する一基の燃焼室と、その両側に二基の逆Ｖ字型の対向エンジンを配置し、該中央に位置する燃焼室内の一回の爆発・膨張エネルギーを逆Ｖ型略対向エンジンの機械的伝達機構を介して回転エネルギーとして利用できるのではないかという着想の下、内燃機関装置内で発生する爆発・膨張エネルギーをより効率よく利用するためにはどのようにすればよいかという課題の下、内燃機関装置内の同一燃焼室内で混合気を燃焼させて得られる爆発・膨張エネルギーによって一対の逆Ｖ字型に対向するピストンのクランクカムシャフト軸の出力軸に回転力を得ることができる「二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジン」の提案に至ったものである。
特開２００８－２８０９８８号公報 特開平８－９３４９８号公報
　本発明は、逆Ｖ字型の略対向関係に位置する一対のピストンに、同一燃焼室内で燃焼させた混合気の膨張による圧力エネルギーを同時に作用させることで、静粛性、振動性、耐久性に優れ、ショートストローク化による高回転高出力型の内燃機関に関する技術を提供しようとするものである。
　本発明は、所定のバンク角（185度～230度）を有して逆Ｖ字型の対向関係に位置する一対のピストンに、同一燃焼室内で燃焼させた混合気の膨張による圧力エネルギーを同時に作用させ、左右の各ピストンから其々左右のクランク機構を介して回転動力を得る二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンであって、シリンダヘッド相当部と、シリンダと、ピストンと、コンロッドと、クランクカムシャフト軸と、出力軸とから構成され、前記シリンダヘッド相当部には、吸気バルブ、排気バルブ、点火プラグ、インテークマニホールド、エキゾーストマニホールドが備えられ、前記シリンダは、前記シリンダヘッド相当部から左右下方に向けてバンク角で185度～230度傾斜し、前記ピストンは、ピストンヘッド部がハイコンプレッションタイプで山形に突出しており、上死点において左右各々のピストンヘッド部とシリンダヘッド相当部の内壁により燃焼室を形成し、前記左右一対のクランクカムシャフト軸は、往復動同調機構を介して出力軸に回転力を伝え、該出力軸から動力を得る手段を採る。
　本発明に係る二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンによれば、一対の４サイクル燃焼機関が逆Ｖ字型（バンク角185度～230度）の横長に配置することでコンパクト化と車両重心が低い安定走行が可能となり、さらに逆Ｖ型略対向エンジンが対向位置に配置されることによってエンジン作動による振動が相殺されるという優れた効果を奏する。
　また、本発明に係る二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンによれば、燃焼室の形状が点火位置に対して遠くになればなる程、燃焼室の容積が狭まる形状であるため、点火伝播速度が速く、さらにシリンダのバンク角（185度～230度）を有して逆Ｖ字型の対向関係に位置する一対のピストンにフリクションロスが発生しにくいという優れた効果を奏する。
　また、本発明に係る二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンによれば、燃焼室が１基に対してピストンが逆Ｖ字型に対向して２基あるため同じ排気量で同一ボアであればストロークが半分となるため、超高回転型のショートストロークエンジンが可能になると共に、ピストンヘッドに掛かる負担も少ないという優れた効果を奏する。
　また、本発明に係る二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンによれば、中央に配置される燃焼室の容積とシリンダ容積を加えた最大容積に対して２基の逆Ｖ字型に対向するピストンボアの総表面積の和が従来の４サイクル燃焼機関のピストンボアの表面積に対して２倍以上の表面積を有することから、同じ排気量で高出力の内燃機関が実現できると同時に、シリンダの長さがショートストロークで形成されることによってエンジンルームにコンパクトに収まりやすく、さらに静寂性能が高く、高回転の内燃機関が実現できるという優れた効果を奏する。
　また、本発明に係る二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンによれば、従来のシリンダヘッドの上面にＯＨＶ、ＳＯＨＣ、ＤＯＨＣなどの吸排気弁システムを取り付けてバルブの開閉タイミングの管理を容易にすることで、吸入空気量を増させて燃焼効率を上げることができるという優れた効果を奏し得る。
　また、本発明に係る二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンによれば、燃焼室の形状が点火位置に対して遠くになればなる程燃焼室の容積が狭まる形状であるため、ガソリンの他にも、軽油、ＬＰＧ、天然ガス、水素、メタノールなどの火炎伝播速度の速い燃料を使用することができるという優れた効果を奏し得る。
本発明における二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンの全体を示す模式的断面説明図である。（実施例１） 本発明における二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンの吸気工程を示す模式的断面説明図である。 本発明における二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンの圧縮工程を示す模式的断面説明図である。 本発明における二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンの爆発・膨張行程を示す模式的断面説明図である。 本発明における二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンの排気工程を示す模式的断面説明図である。
　本発明の二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンは、所定のバンク角（185度～230度）を有して逆Ｖ字型の対向関係に位置する一対のピストンに、同一燃焼室内で燃焼させた混合気の膨張による圧力エネルギーを同時に作用させ、左右の各ピストンから其々左右のクランク機構を介して回転動力を得る二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンとする手段を採ったことを最大の特徴とするもので、以下実施例を図面に基づいて説明する。
　図１は、本発明における二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンの全体を示す模式的断面説明図である。
本発明の二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジン１０は、所定のバンク角θ（185度～230度）を有して逆Ｖ字型に対向関係に位置する一対のピストン４０に、同一燃焼室内で燃焼させた混合気の膨張による圧力エネルギーを同時に作用させ、左右の各ピストン４０から其々左右のクランク機構を介して回転動力を得る構造で構成される。
　本発明の吸排気バルブシステムは、インテークマニホールド３１に燃料を噴射して燃料と空気の混合気を燃焼室に送りこむインジェクション式燃料噴射と、燃焼室２４内に高圧の燃料を噴射して点火プラグ２３付近に燃料を吹き付ける直噴式噴射装置の燃料噴射方式を使うことができるもので、本明細書中はインジェクション式燃料噴射を用いて説明している。
　シリンダヘッド相当２０は、燃焼室２４の上部に、吸気バルブ２１と、排気バルブ２２と、点火プラグ２３と、インテークマニホールド３１と、エキゾーストマニホールド３２を凹設した状態で形成されるものである。
　吸気バルブ２１は、ＯＨＶ、ＳＯＨＣ、ＤＯＨＣなどのバルブシステムに連結されるもので、燃焼室２４の上部に設けてガソリン等を気化器で混合した混合気をインテークマニホールド３１を通して燃焼室２４に吸気する動作弁である。
　排気バルブ２２は、ＯＨＶや、ＳＯＨＣや、ＤＯＨＣなどのバルブシステムに連結されるもので、燃焼室２４の上部に設けて燃焼室２４内で燃焼した混合気をエキゾーストマニホールド３２を通して触媒に排気する動作弁である。
　点火プラグ２３は、燃焼室２４の中央上部の吸気バルブ２１と排気バルブ２２の間に垂直に配設され、ディストリビューターから配電されて電気的に点火する点火装置である。
　燃焼室２４は、シリンダブロック本体中央のシリンダヘッド相当２０の逆Ｖ字型に対向するシリンダ３０の頂点に位置し、４サイクル燃焼行程の爆発・膨張行程で燃焼室容積が最小容積になる時点で、点火プラグ２３の位置から遠ざかるに従がって燃焼室２４容積が狭小容積になるもので、点火炎伝播速度の速いガソリン、軽油、ＬＰＧ、天然ガス、水素、メタノールなどの燃料であっても燃焼効率が高い内燃機関を形成することができるものである。
　シリンダ３０は、シリンダブロック本体に対して逆Ｖ字型のバンク角θ（185度～230度）を有して逆Ｖ字型に対向する関係に配置されるもので、逆Ｖ字型に配置することによってコンパクト化が図られ、対向関係に配置されることによって低重心化と低振動化が図られるものである。なお、シリンダ３０の冷却に関しては図示していないが、放熱板等のヒートシンクによる空令や水冷式などが考え得る。
　インテークマニホールド３１は、シリンダブロック本体の燃焼室２４の中央上部の吸気バルブ２１側に配設され、ガソリン等を気化器で混合した混合気を燃焼室２４に吸気させる吸気配管である。
　エキゾーストマニホールド３２は、シリンダブロック本体の燃焼室２４の中央上部の排気バルブ２２側に配設され、燃焼室２４内で燃焼した混合気を燃焼室２４から触媒に排出する排気配管である。
　ピストン４０は、コンロッド５０とクランクカムシャフト軸６０とから成るクランク伝達機構よってシリンダ内を往復動して、燃焼室２４で発生する爆発・膨張エネルギーを回転軸に伝達するもので、側面にはコンプレッションリングと、オイルリングを備えてシリンダ３０の内面と機密性を高めている。
　ピストンヘッド４１は、所謂天頂部が山形状に盛り上がったコンベックスヘッドに類似した形状を有するもので、中央から円周縁に向かって傾斜するなだらかな曲面を形成する山形状に形成し、燃焼室２４内で発生する爆発・膨張エネルギーをそのなだらかな曲面でコンロッド５０とクランクカムシャフト軸６０とから成るクランク伝達機構と、シリンダブロック本体の中央上部に位置するインテークマニホールド３１と、エキゾーストマニホールド３２に導く形状を有するものである。
　コンロッド５０は、一端にピストン４０と連結するためのピストンピン挿入部となるスモールエンド５２を有し、他端には、クランクカムシャフト軸６０と連結するためのクランクピンにより挿入部となるビックエンド５３を設け、ピストン４０の往復運動を回転運動に変える構造を有するものである。
　往復動同調機構５１（図示なし）は、一対のピストン４０がクランクカムシャフト軸６０に連結される位置と対向する位置に其々連結され、一対のピストン伝達機構を同調させるためにタイミングベルト、ギア、クランクカムシャフト、チェーン等によって連結同調されるものである。
　クランクカムシャフト軸６０は、ハウジングケース７０内のジャーナル部にメタルやベアリング等を介して内設され、また、コンロッド５０との連結する外周円上の反対側に振動を防止するバランスウエイト６１を設け、ピストン４０やコンロッド５０の重量に係る慣性力と相殺させて振動を抑え、直線的な動作をしようとするピストン４０を滑らかな回転運動に変えるものである。
　本発明における二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジン１０は、燃焼室２４内で発生する爆発・膨張エネルギーを中央に位置する一基の燃焼室２４と、その両側に配置される二基の逆Ｖ字型の対向エンジンを配置し、中央に位置する燃焼室２４内の一回の爆発・膨張エネルギーを二基の逆Ｖ型略対向エンジンの機械的伝達機構を介して回転エネルギーとして機械的に伝達するものである。
　図２は、本発明における二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンの吸気工程を示す模式的断面説明図である。
吸気工程は、ピストン４０が上死点Ｈから下死点Ｌに達する間でピストン４０が下降を開始すると、吸気バルブ２１が開いて空気（混合気）がインテークマニホールド３１を通してシリンダ３０内に吸い込まれる工程である。
　図３は、本発明における二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンの圧縮工程を示す模式的断面説明図である。
圧縮工程は、ピストン４０が上死点Ｈから下死点Ｌに転じると吸気バルブ２１と排気バルブ２２が閉じられた状態になり、シリンダ３０内に吸い込まれた空気（混合気）はピストン４０が上昇することで圧縮され、圧縮された空気（混合気）は圧力が高まって燃焼温度となる工程である。
　図４は、本発明における二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンの爆発・膨張行程を示す模式的断面説明図である。
燃焼・膨張行程は、圧縮が終了すると燃焼室２４内で点火プラグ２３によって着火が行われ、燃焼で高温高圧になった燃焼ガスＧの爆発・膨張エネルギーでピストン４０が押し下げられ、クランクカムシャフト軸６０の出力軸６２に回転力を機械的に伝達する工程である。
　燃焼室２４の形状が点火位置に対して遠くになればなる程容積が狭まる形状であるため、点火伝播速度を速くして燃焼効率を上げると共に、シリンダ３０のバンク角θ（185度～230度）を有して逆Ｖ字型の対向関係に位置する一対のピストン４０にフリクションロスが発生しにくくすることができるものである。
　また、燃焼室２４が１基に対してピストン４０がＶ字型に対向して２基あるため、同じ排気量でもシリンダボアを小さくすることができることによって、高回転のショートストロークエンジンが可能となるものである。
　図５は、本発明における二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンの排気工程を示す模式的断面説明図である。
排気工程は、混合気の爆発が終わった燃焼ガスＧは、ピストン４０が再び上昇することで排気バルブ２２からエキゾーストマニホールド３２を通ってマフラー部に押し出されて排気ガスとなり、触媒で濾過されて車外に放出される。この排気工程が終了すると再びピストン４０が下降して吸気工程に戻る工程である。
　本発明の二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジン１０は、以上の一連の吸気工程と、圧縮工程と、燃焼・膨張行程と、排気工程をピストン４０が二往復サイクルで作動されるものである。
　本発明の二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンは、小型軽量で高出力であることから、自動車のエンジンとしては元より非常用発電機や風力発電機の動力源として多方面に利用することができるもので、本発明の二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンの産業上の利用可能性は大とするものと解する。
１０　二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジン
２０　シリンダヘッド相当部
２１　吸気バルブ
２２　排気バルブ
２３　点火プラグ
２４　燃焼室
３０　シリンダ
３１インテークマニホールド
３２エキゾーストマニホールド
４０　ピストン
４１　ピストンヘッド部
５０　コンロッド
５１　往復動同調機構
５２　スモールエンド
５３　ビックエンド
６０　クランクカムシャフト軸
６１　バランスウエイト
６２　出力軸
７０　ハウジングケース
Ｈ　　上死点
Ｌ　　下死点
Ｃ　　クリアランス
Ｇ　　燃焼ガス
θ　　バンク角
 

Claims (1)

  1. 　所定のバンク角を有して逆Ｖ字型の対向関係に位置する一対のピストンに、同一燃焼室内で燃焼させた混合気の膨張による圧力エネルギーを同時に作用させ、左右の各ピストンから其々左右のクランク機構を介して回転動力を得る二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジンであって、
    シリンダヘッド相当部と、
    シリンダと、
    ピストンと、
    コンロッドと、
    クランクカムシャフト軸と、
    出力軸と、
    から構成され、
    前記シリンダヘッド相当部には、吸気バルブと、排気バルブと、点火プラグと、インテークマニホールドと、エキゾーストマニホールドとが備えられ、
    前記シリンダは、前記シリンダヘッド相当部から左右下方に向けてバンク角で185度～230度傾斜し、
    前記ピストンは、ピストンヘッド部がハイコンプレッションタイプで山形に突出しており、上死点において左右各々のピストンヘッド部とシリンダヘッド相当部の内壁により燃焼室を形成し、
    前記左右一対のクランクカムシャフト軸は、往復動同調機構を介して出力軸に回転力を伝え、該出力軸から動力を得る構成を採用したことを特徴とする二軸出力型の逆Ｖ型略対向エンジン。
     
PCT/JP2012/059272 2011-10-10 2012-04-05 二軸出力型の逆ｖ型略対向エンジン WO2013054559A1 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011223527A JP4951145B1 (ja) 2011-10-10 2011-10-10 二軸出力型の逆ｖ型略対向エンジン
JP2011-223527 2011-10-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013054559A1 true WO2013054559A1 (ja) 2013-04-18

Family

ID=46498754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2012/059272 WO2013054559A1 (ja) 2011-10-10 2012-04-05 二軸出力型の逆ｖ型略対向エンジン

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP4951145B1 (ja)
WO (1) WO2013054559A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111734527A (zh) * 2020-07-23 2020-10-02 临泽先锋机械有限责任公司 一种新型发动机

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101375923B1 (ko) * 2012-08-06 2014-03-19 장병철 크랭크 좌우 분할 엔진
JP6488877B2 (ja) * 2015-05-18 2019-03-27 いすゞ自動車株式会社 内燃機関
JP6506467B1 (ja) * 2018-12-26 2019-04-24 株式会社石川エナジーリサーチ 対向ピストン型エンジン

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61286532A (ja) * 1985-06-12 1986-12-17 Toshiaki Konishi ２つのピストンを有するシリンダ−の機構とその機構を具備するエンジンの燃料節約運転法
US5133306A (en) * 1991-10-23 1992-07-28 Honkanen Eric G Horizontally opposed internal combustion engine
JP2006152952A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Yuzo Terai 新対向ピストン式２ストロークサイクルエンジン
JP2007327370A (ja) * 2006-06-06 2007-12-20 Yuzo Terai 対向ピストン型２サイクルエンジン
JP2009138718A (ja) * 2007-12-11 2009-06-25 Yuzo Terai 対向ピストン型２サイクルエンジン

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61286532A (ja) * 1985-06-12 1986-12-17 Toshiaki Konishi ２つのピストンを有するシリンダ−の機構とその機構を具備するエンジンの燃料節約運転法
US5133306A (en) * 1991-10-23 1992-07-28 Honkanen Eric G Horizontally opposed internal combustion engine
JP2006152952A (ja) * 2004-11-30 2006-06-15 Yuzo Terai 新対向ピストン式２ストロークサイクルエンジン
JP2007327370A (ja) * 2006-06-06 2007-12-20 Yuzo Terai 対向ピストン型２サイクルエンジン
JP2009138718A (ja) * 2007-12-11 2009-06-25 Yuzo Terai 対向ピストン型２サイクルエンジン

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111734527A (zh) * 2020-07-23 2020-10-02 临泽先锋机械有限责任公司 一种新型发动机

Also Published As

Publication number Publication date
JP2013083199A (ja) 2013-05-09
JP4951145B1 (ja) 2012-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR960007104B1 (ko) 압축공기를 동력 매체로 하는 엔진
JPH05503129A (ja) 内燃機関
WO2019082403A1 (ja) 内燃機関
JP4951145B1 (ja) 二軸出力型の逆ｖ型略対向エンジン
US5579734A (en) Rotary valve internal combustion engine
US10267225B2 (en) Internal combustion engine
JP4454201B2 (ja) バルブ制御を有する内燃機関
EP0902175A1 (en) Energy conservation cycle engine
GB2470025A (en) Switchable valve actuation system for a selectable 2-stroke/ 4-stroke i.c engine
CN211777712U (zh) 双作功汽油机
US6250263B1 (en) Dual piston cylinder configuration for internal combustion engine
CN101072934B (zh) 旋转机械场组件
JP4951143B1 (ja) 三出力軸型の内燃機関
WO2005075801A1 (en) Highly efficient two-stroke piston combustion engine working without vibrations
CN210264917U (zh) 一种双弹簧连杆对置式二冲程发动机
WO2015088347A1 (en) Combustion engine comprising a cylinder
WO2015029093A1 (ja) 水平対向エンジン
US7188598B2 (en) Rotary mechanical field assembly
KR20090055707A (ko) 세기 엔진
JP5002721B1 (ja) 動作気体発生装置
WO2018151689A1 (en) Telescopic piston configuration for internal combustion engines
WO1999014470A1 (en) Improvements in and relating to internal combustion engines
JPH01313629A (ja) ４サイクル　オーバルエンジン
Vikash et al. A review on six stroke engine
JPH084551A (ja) カム式エンジン

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 12839577

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 12839577

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1