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JP2011032989A - Atkinson cycle engine - Google Patents

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JP2011032989A
JP2011032989A JP2009182418A JP2009182418A JP2011032989A JP 2011032989 A JP2011032989 A JP 2011032989A JP 2009182418 A JP2009182418 A JP 2009182418A JP 2009182418 A JP2009182418 A JP 2009182418A JP 2011032989 A JP2011032989 A JP 2011032989A
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Japan
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piston
cylinder
volume
engine
stroke
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Pending
Application number
JP2009182418A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroyuki Tanaka
寛之 田中
Hideo Nakai
英夫 中井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Motors Corp
Original Assignee
Mitsubishi Motors Corp
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Publication date
Application filed by Mitsubishi Motors Corp filed Critical Mitsubishi Motors Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an engine enabling an Atkinson cycle without variably controlling the opening/closing timing of an intake valve. <P>SOLUTION: This Atkinson cycle engine includes two pistons reciprocating at different cycles in a single cylinder. The main piston which is one of the two pistons reciprocates so as to increase the volume of the inside of a cylinder in a suction stroke and an expansion stroke and reduce the volume of the inside of the cylinder in a compression stroke and an exhaust stroke. The sub piston which is the other of the two pistons reciprocates so that the volume of the inside of the cylinder at the time of completion of the expansion stroke is larger than the volume of the inside of the cylinder at the time of completion of the suction stroke. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、圧縮比に対して膨張比が大きくなるアトキンソンサイクルエンジンに関するものである。   The present invention relates to an Atkinson cycle engine in which an expansion ratio is larger than a compression ratio.

エンジンの熱効率を高めて燃費を向上させるには、吸入した混合気をより大きく膨張させることが効果的であるが、膨張比≒圧縮比の従来のオットーサイクルエンジンでは、ノッキングの発生により膨張比の増加が制限されるため、十分に膨張比を増加できなかった。そこで、エンジンの圧縮比に対して膨張比を大きく設定することにより、ノッキングを回避しつつ熱効率の向上を達成可能なアトキンソンサイクルエンジンが提案されている。例えばアトキンソンサイクルエンジンの一種としては、吸気弁の閉弁時期を調整して吸気量を制限することで圧縮比を抑制するミラーサイクルエンジンがある。   In order to increase the thermal efficiency of the engine and improve fuel efficiency, it is effective to expand the intake air mixture to a greater extent, but in conventional Otto cycle engines with an expansion ratio ≒ compression ratio, the expansion ratio is reduced due to the occurrence of knocking. Since the increase was limited, the expansion ratio could not be increased sufficiently. In view of this, an Atkinson cycle engine has been proposed in which the expansion ratio is set larger than the compression ratio of the engine, thereby achieving improvement in thermal efficiency while avoiding knocking. For example, one type of Atkinson cycle engine is a Miller cycle engine that suppresses the compression ratio by adjusting the closing timing of the intake valve to limit the intake amount.

ミラーサイクルエンジンは、通常、吸気弁の開閉時期を調整する可変バルブタイミング装置を備え、吸気弁の閉弁時期を下死点より大幅に進角させる所謂早閉じ、或いは吸気弁の閉弁時期を大幅に遅角させる所謂遅閉じにより吸気量を制限し、これにより圧縮比を抑制して見かけ上の膨張比を高めている。   The Miller cycle engine is usually provided with a variable valve timing device that adjusts the opening and closing timing of the intake valve, so that the closing timing of the intake valve is greatly advanced from the bottom dead center. The intake amount is limited by so-called slow closing that is greatly retarded, thereby suppressing the compression ratio and increasing the apparent expansion ratio.

一方、吸気弁の開閉時期の可変制御を行わずにアトキンソンサイクルエンジンを実現する方法も開発されている。例えばコンロッドとピストンとの枢支部、あるいはコンロッドとクランクシャフトとの枢支部にクランク部材を回転可能に介在させて2重のクランク構造とし、ピストンとクランクシャフトとの相対位置を圧縮行程と膨張行程とで異なるように構成したエンジンが提案されている(特許文献1)。   On the other hand, a method for realizing an Atkinson cycle engine without performing variable control of the opening / closing timing of the intake valve has been developed. For example, a crank member is rotatably interposed at the pivotal support portion between the connecting rod and the piston or the pivotal support portion between the connecting rod and the crankshaft to form a double crank structure, and the relative position between the piston and the crankshaft is defined as the compression stroke and the expansion stroke. An engine configured differently is proposed (Patent Document 1).

特開2008−240617号公報JP 2008-240617 A

しかしながら、上記ミラーサイクルエンジンでは、可変バルブタイミング装置を備えなければならず、また吸気弁の開閉タイミングを正確に制御する必要があるので、コスト増加及び制御の複雑化を招いてしまう。また、特許文献1のように2重のクランク構造を有するエンジンでは、ピストン全体の構造や動きが複雑化してしまうので、高回転運転が困難となる虞がある。   However, the Miller cycle engine must be provided with a variable valve timing device, and it is necessary to accurately control the opening / closing timing of the intake valve, resulting in increased cost and complicated control. In addition, in an engine having a double crank structure as in Patent Document 1, the structure and movement of the entire piston are complicated, which may make it difficult to perform high-speed operation.

本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、吸気弁の開閉タイミングの可変制御を行わずに、アトキンソンサイクルを可能なエンジンを提供することにある。   The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide an engine capable of an Atkinson cycle without performing variable control of the opening / closing timing of the intake valve. .

上記目的を達成するため、請求項1の発明は、1つのシリンダ内に異なる周期で往復動する第1のピストン及び第2のピストンを備え、第1のピストンは、吸気行程及び膨脹工程にてシリンダ内の容積を増加させる一方、圧縮行程及び排気工程にてシリンダ内の容積を減少させるように往復動するとともに、第2のピストンは、膨脹行程終了時のシリンダ内の容積が吸気行程終了時のシリンダ内の容積より大きくなるように往復動のタイミングが設定されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the invention of claim 1 includes a first piston and a second piston that reciprocate in one cylinder at different periods, and the first piston is used in an intake stroke and an expansion step. While the volume in the cylinder is increased, the second piston reciprocates so as to decrease the volume in the cylinder in the compression stroke and the exhaust process, and the second piston has a volume in the cylinder at the end of the expansion stroke at the end of the intake stroke. The reciprocating timing is set to be larger than the volume in the cylinder.

また、請求項2の発明は、第2のピストンの往復動の周期は、請求項1において、第1のピストンの往復動の周期の2倍であるとともに膨脹工程終了時にシリンダ内の容積が最大となるように設定されていることを特徴とする。
また、請求項3の発明は、請求項1または2において、第1のピストンに連結されたクランクシャフトと第2のピストンに連結されたクランクシャフトの間で相互に動力を伝達する動力伝達部材を更に備えたことを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, the reciprocating period of the second piston is twice the reciprocating period of the first piston in the first aspect, and the volume in the cylinder is maximized at the end of the expansion process. It is set so that it becomes.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a power transmission member for transmitting power between the crankshaft connected to the first piston and the crankshaft connected to the second piston. It is further provided with the feature.

また、請求項4の発明は、請求項1〜3のいずれか1つにおいて、エンジンの吸気弁または排気弁の少なくとも1つと第2のピストンとは、シリンダの上方に隣接して配置され、第2のピストンに連結されたクランクシャフトと吸気弁または排気弁の駆動用カムシャフトとがギヤ接続されていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, at least one of the intake valve or the exhaust valve of the engine and the second piston are disposed adjacent to each other above the cylinder. The crankshaft connected to the piston No. 2 and the camshaft for driving the intake valve or the exhaust valve are gear-connected.

以上説明したように請求項1の発明のアトキンソンサイクルエンジンによれば、第2のピストンの移動によって、膨脹行程終了時のシリンダ内の容積が吸気行程終了時のシリンダ内の容積より大きくなるので、圧縮比に対して膨脹比を大きくすることが可能となる。したがって、吸気弁の開閉時期を可変させることなくアトキンソンサイクルが可能となる。また、1つのピストンについては従来のエンジンと変わりがなく2重のクランク構造とする必要がないので、ピストン全体の動きが複雑化せずに、高回転運転を可能にすることができる。   As described above, according to the Atkinson cycle engine of the first aspect of the invention, the volume in the cylinder at the end of the expansion stroke becomes larger than the volume in the cylinder at the end of the intake stroke due to the movement of the second piston. It is possible to increase the expansion ratio with respect to the compression ratio. Therefore, the Atkinson cycle can be performed without changing the opening / closing timing of the intake valve. In addition, since one piston is not different from a conventional engine and does not need to have a double crank structure, high-speed operation can be performed without complicating the movement of the entire piston.

請求項2の発明のアトキンソンサイクルエンジンによれば、膨脹工程終了時にシリンダ内の容積が最大となるので、第2のピストンの往復動によるシリンダ内の容積変化量が膨脹工程終了時におけるシリンダ内の容積量と吸気行程終了時のシリンダ内の容積量との差となって表われる。したがって、第2のピストンの往復動によって、圧縮比と膨脹比との差が最大限もたらされ、アトキンソンサイクルが効率よく可能となる。   According to the Atkinson cycle engine of the invention of claim 2, since the volume in the cylinder becomes maximum at the end of the expansion process, the amount of volume change in the cylinder due to the reciprocating motion of the second piston is increased in the cylinder at the end of the expansion process. It appears as the difference between the volume and the volume in the cylinder at the end of the intake stroke. Therefore, the difference between the compression ratio and the expansion ratio is maximized by the reciprocation of the second piston, and the Atkinson cycle can be efficiently performed.

請求項3の発明のアトキンソンサイクルエンジンによれば、膨脹行程時に第1のピストンだけではなく第2のピストンによる駆動力を利用することができ、第2のピストンを駆動するためのエネルギロスを低減させることができる。   According to the Atkinson cycle engine of the invention of claim 3, not only the first piston but also the second piston can be used during the expansion stroke, and energy loss for driving the second piston is reduced. Can be made.

請求項4の発明のアトキンソンサイクルエンジンによれば、第2のピストンは第1のピストンの周期の2倍の周期で往復動するので、第2のピストンにより回転駆動されるクランクシャフトから増減速させずに吸気弁または排気弁のカムシャフトに動力を伝達させることができる。したがって、第2のピストンのクランクシャフトとカムシャフトとを近接して配置してギヤにより動力を伝達させることで、簡易な構造で吸排気弁の駆動を可能にすることができる。   According to the Atkinson cycle engine of the fourth aspect of the invention, since the second piston reciprocates at a cycle twice that of the first piston, the speed is increased or decreased from the crankshaft driven to rotate by the second piston. Therefore, power can be transmitted to the camshaft of the intake valve or the exhaust valve. Therefore, the intake and exhaust valves can be driven with a simple structure by disposing the crankshaft and the camshaft of the second piston close to each other and transmitting power by the gear.

本発明の第1の実施形態に係るアトキンソンサイクルエンジンの構成図である。1 is a configuration diagram of an Atkinson cycle engine according to a first embodiment of the present invention. 各行程時のピストンの動きを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the motion of the piston at the time of each stroke. 本発明の第2の実施形態に係るアトキンソンサイクルエンジンの構成図である。It is a block diagram of the Atkinson cycle engine which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態に係るアトキンソンサイクルエンジンの構成図である。It is a block diagram of the Atkinson cycle engine which concerns on the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態に係るアトキンソンサイクルエンジンの構成図である。It is a block diagram of the Atkinson cycle engine which concerns on the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態に係るアトキンソンサイクルエンジンの構成図である。It is a block diagram of the Atkinson cycle engine which concerns on the 5th Embodiment of this invention.

以下、本発明を具体化したエンジンのアトキンソンサイクルエンジンの一実施形態を説明する。
図1は本実施形態のアトキンソンサイクルエンジン(以下、単にエンジンという)の概略構成を示す説明図である。
Hereinafter, an embodiment of an Atkinson cycle engine of an engine embodying the present invention will be described.
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of an Atkinson cycle engine (hereinafter simply referred to as an engine) of the present embodiment.

図1に示すように、本実施形態のエンジン1は、1つの気筒にピストン2、3を2個有する4サイクルエンジンである。エンジン1のシリンダ4は、図中左右方向に軸心が延びた円筒形状に形成されている。2個のピストン2、3は、シリンダ4内で間隔をおいて左右方向に並べられ、相対するように配置されている。2個のピストン2、3の間の上方のシリンダヘッド5には、シリンダ4内に連通する吸気ポート6及び排気ポート7が形成されている。吸気ポート6は吸気弁8によって、排気ポート7は排気弁9によって開閉可能となっている。吸気ポート6の上方には吸気弁8駆動用の吸気カムシャフト10が、排気ポート7の上方には排気弁9駆動用の排気カムシャフト11が、シリンダヘッド5に回転可能に支持されており、所謂DOHCエンジンを構成している。   As shown in FIG. 1, the engine 1 of the present embodiment is a four-cycle engine having two pistons 2 and 3 in one cylinder. The cylinder 4 of the engine 1 is formed in a cylindrical shape having an axial center extending in the left-right direction in the drawing. The two pistons 2 and 3 are arranged in the cylinder 4 so as to be opposed to each other in the left-right direction at intervals. An intake port 6 and an exhaust port 7 communicating with the inside of the cylinder 4 are formed in the upper cylinder head 5 between the two pistons 2 and 3. The intake port 6 can be opened and closed by an intake valve 8, and the exhaust port 7 can be opened and closed by an exhaust valve 9. An intake camshaft 10 for driving the intake valve 8 is supported above the intake port 6, and an exhaust camshaft 11 for driving the exhaust valve 9 is rotatably supported by the cylinder head 5 above the exhaust port 7. This constitutes a so-called DOHC engine.

2個のピストン2、3のうち、図中右側に示す1方のメインピストン2(第1のピストン)は、メインコンロッド20を介してメインクランクシャフト21に回動自在に連結されている。2個のピストン2、3のうちの他方のサブピストン3(第2のピストン)は、サブコンロッド22を介してサブクランクシャフト23に回動自在に連結されている。メインクランクシャフト21はシリンダ4の右方に、サブクランクシャフト23はシリンダ4の左方に配置されている。   Of the two pistons 2 and 3, one main piston 2 (first piston) shown on the right side in the drawing is rotatably connected to the main crankshaft 21 via the main connecting rod 20. The other sub-piston 3 (second piston) of the two pistons 2 and 3 is rotatably connected to a sub-crankshaft 23 via a sub-connecting rod 22. The main crankshaft 21 is disposed on the right side of the cylinder 4 and the sub crankshaft 23 is disposed on the left side of the cylinder 4.

2個のピストン2、3は、シリンダ4内を夫々左右方向に移動可能な構成となっており、2個のピストン2、3の移動に伴い、これらのピストン2、3の間に形成されたシリンダ4内の容積、即ち燃焼室の容積が変化する。サブピストン3は、メインピストン2と略同径であるとともに、メインピストン2よりストロークが小さく設定されている。   The two pistons 2 and 3 are configured to be movable in the left-right direction in the cylinder 4, and formed between the pistons 2 and 3 as the two pistons 2 and 3 move. The volume in the cylinder 4, that is, the volume of the combustion chamber changes. The sub piston 3 has substantially the same diameter as the main piston 2 and a stroke smaller than that of the main piston 2.

メインクランクシャフト21にはメインスプロケット24が、サブクランクシャフト23にはサブスプロケット25が固定されている。シリンダ4の下方には、エンジン1の出力軸として、シリンダブロック26に回転自在に支持された出力シャフト27が備えられている。出力シャフト27には出力スプロケット28が固定されている。メインスプロケット24、サブスプロケット25、出力スプロケット28、吸気カムシャフト10に固定された吸気スプロケット29、及び排気カムシャフト11に固定された排気スプロケット30には、タイミングチェーン31(動力伝達部材)が掛け回されている。メインスプロケット24と吸気スプロケット29との間、及びサブスプロケット25と排気スプロケット30との間には、夫々タイミングチェーン31に適正な張力を付与させるテンショナ32、33が設けられている。よって、メインクランクシャフト21及びサブクランクシャフト23の回転駆動力は、タイミングチェーン31を介して出力シャフト27に伝達される。また、メインクランクシャフト21及びサブクランクシャフト23の回転に伴い、吸気カムシャフト10及び排気カムシャフト11が回転駆動される。   A main sprocket 24 is fixed to the main crankshaft 21, and a subsprocket 25 is fixed to the sub crankshaft 23. Below the cylinder 4, an output shaft 27 that is rotatably supported by the cylinder block 26 is provided as an output shaft of the engine 1. An output sprocket 28 is fixed to the output shaft 27. A timing chain 31 (power transmission member) is wound around the main sprocket 24, the sub sprocket 25, the output sprocket 28, the intake sprocket 29 fixed to the intake camshaft 10, and the exhaust sprocket 30 fixed to the exhaust camshaft 11. Has been. Tensioners 32 and 33 for applying appropriate tension to the timing chain 31 are provided between the main sprocket 24 and the intake sprocket 29 and between the sub sprocket 25 and the exhaust sprocket 30, respectively. Therefore, the rotational driving force of the main crankshaft 21 and the sub crankshaft 23 is transmitted to the output shaft 27 via the timing chain 31. Further, the intake camshaft 10 and the exhaust camshaft 11 are rotationally driven with the rotation of the main crankshaft 21 and the sub crankshaft 23.

サブスプロケット25の歯数はメインスプロケット24の歯数の2倍に設定されている。したがって、メインクランクシャフト21が2回転する毎にサブクランクシャフト23が1回転する。
図2は、各行程時におけるピストンの位置を示す説明図である。図中上下方向が、図1の左右方向に相当する。
The number of teeth of the sub sprocket 25 is set to be twice the number of teeth of the main sprocket 24. Therefore, every time the main crankshaft 21 rotates twice, the sub crankshaft 23 rotates once.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the position of the piston during each stroke. The vertical direction in the figure corresponds to the horizontal direction in FIG.

図2に示すように、本実施形態では、メインピストン2は従来のエンジンと同様のタイミングで往復動する。詳しくは、メインピストン2は、吸気行程終了(圧縮行程開始)時には略下死点に、圧縮行程終了(膨張行程開始)時には略上死点に、膨脹工程終了時には略下死点に位置する。一方、サブピストン3は、メインピストン2の2倍の周期で往復動を行う。詳しくは、サブピストン3は、吸気行程終了(圧縮行程開始)時には略下死点に、圧縮工程終了(膨張行程開始)時には中間点に、膨脹工程終了時には略上死点に位置する。   As shown in FIG. 2, in this embodiment, the main piston 2 reciprocates at the same timing as that of a conventional engine. Specifically, the main piston 2 is positioned at approximately bottom dead center when the intake stroke ends (compression stroke starts), approximately top dead center when the compression stroke ends (expansion stroke starts), and approximately bottom dead center when the expansion stroke ends. On the other hand, the sub-piston 3 reciprocates at a cycle twice that of the main piston 2. Specifically, the sub-piston 3 is positioned at approximately the bottom dead center at the end of the intake stroke (start of the compression stroke), at the intermediate point at the end of the compression step (start of the expansion stroke), and at approximately the top dead center at the end of the expansion step.

このような構成にすることによって、本実施形態のエンジン1では、メインピストン2は吸気行程終了時と膨脹行程終了時とでいずれも略下死点でピストン位置に差がないのに対して、サブピストン3は吸気工程終了時には略下死点である一方膨脹工程終了時には略上死点に位置する。したがって、吸気工程終了時におけるシリンダ4内の容積である吸気容積Qiに対して、膨脹工程終了時における容積である膨脹容積Qeは、サブピストン3の移動分大きくなる。これにより、本実施形態のエンジン1では、膨脹比(膨脹容積Qe/圧縮容積Qc)が、圧縮比(吸気容積Qi/圧縮容積Qc)より大きくなる。なお、圧縮容積Qcは、圧縮行程終了時(膨脹行程開始時)におけるシリンダ4内の容積である。   With this configuration, in the engine 1 of the present embodiment, the main piston 2 is substantially at the bottom dead center at the end of the intake stroke and at the end of the expansion stroke, whereas there is no difference in piston position. The sub-piston 3 is substantially at the bottom dead center at the end of the intake process, while at the top dead center at the end of the expansion process. Therefore, the expansion volume Qe, which is the volume at the end of the expansion process, is larger by the movement of the sub-piston 3 than the intake volume Qi, which is the volume in the cylinder 4 at the end of the intake process. Thereby, in the engine 1 of this embodiment, the expansion ratio (expansion volume Qe / compression volume Qc) becomes larger than the compression ratio (intake volume Qi / compression volume Qc). The compression volume Qc is the volume in the cylinder 4 at the end of the compression stroke (at the start of the expansion stroke).

以上のように、本実施形態のエンジン1では、吸気弁8の開閉時期を変更させることなく、即ち可変バルブタイミング装置を必要とせずに、熱効率が高く燃費の優れたアトキンソンサイクルを実現することができる。メインピストン2からメインクランクシャフト21に動力を伝達するメインピストン2全体の構造は従来と変わらず、特許文献1のように2重のクランク構造とする必要がないので、メインピストン2全体の構造や動きが複雑化することなく、高回転運転を可能にすることができる。   As described above, in the engine 1 of the present embodiment, an Atkinson cycle with high thermal efficiency and excellent fuel efficiency can be realized without changing the opening / closing timing of the intake valve 8, that is, without requiring a variable valve timing device. it can. The structure of the entire main piston 2 that transmits power from the main piston 2 to the main crankshaft 21 is not different from the conventional structure, and it is not necessary to use a double crank structure as in Patent Document 1. High-speed operation can be performed without complicated movement.

また、本実施形態では、サブピストン3の膨脹行程時の駆動力もタイミングチェーン31によって出力シャフト27に伝達するので、サブピストン3を駆動するためのエネルギロスを低減することができる。
なお、サブピストン3のピストン径及びストロークは、容積の変化量がメインピストン2より小さければ夫々適宜設定してもよい。
次に、本発明の他の実施形態について、図3〜6を用いて説明する。
図3は、本発明の第2の実施形態のエンジン50の概略構成図である。以下、上記第1の実施形態との相違点について述べる。
In the present embodiment, since the driving force during the expansion stroke of the sub piston 3 is also transmitted to the output shaft 27 by the timing chain 31, energy loss for driving the sub piston 3 can be reduced.
Note that the piston diameter and stroke of the sub-piston 3 may be appropriately set as long as the volume change amount is smaller than that of the main piston 2.
Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an engine 50 according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, differences from the first embodiment will be described.

本発明の第2の実施形態のエンジン50は、シリンダ51が図中上下方向に軸線が延びるように設置されており、メインピストン2とサブピストン52とが図中上下方向にシリンダ51内で相対するように配置されている。エンジン50には、第1の実施形態における出力シャフト27はなく、従来のエンジンのようにメインクランクシャフト21がエンジン1の出力軸となっている。そして、サブピストン52がメインピストン2より小径であって、シリンダ51の上方に吸気弁8及び排気弁9とともにサブピストン52が並んで配置されている。エンジン50は、吸気弁8及び排気弁9が1つのカムシャフト53により駆動する所謂SOHCエンジンである。カムシャフト53はサブピストン52に連結されたサブクランクシャフト23とギヤ接続しており、サブクランクシャフト23からカムシャフト53に動力を伝達して吸気弁8及び排気弁9を駆動する。サブクランクシャフト23に設けられたサブスプロケット25と、メインクランクシャフト21に設けられたメインスプロケット24とにタイミングチェーン31が掛け回され、互いに動力が伝達される。   In the engine 50 of the second embodiment of the present invention, the cylinder 51 is installed so that the axis extends in the vertical direction in the figure, and the main piston 2 and the sub-piston 52 are relative to each other in the cylinder 51 in the vertical direction in the figure. Are arranged to be. The engine 50 does not have the output shaft 27 in the first embodiment, and the main crankshaft 21 is the output shaft of the engine 1 as in the conventional engine. The sub piston 52 has a smaller diameter than the main piston 2, and the sub piston 52 is arranged above the cylinder 51 together with the intake valve 8 and the exhaust valve 9. The engine 50 is a so-called SOHC engine in which the intake valve 8 and the exhaust valve 9 are driven by a single camshaft 53. The camshaft 53 is in gear connection with the subcrankshaft 23 connected to the subpiston 52 and transmits power from the subcrankshaft 23 to the camshaft 53 to drive the intake valve 8 and the exhaust valve 9. A timing chain 31 is wound around a sub sprocket 25 provided on the sub crankshaft 23 and a main sprocket 24 provided on the main crankshaft 21 to transmit power to each other.

本実施形態では、サブピストン52がメインピストン2より小径であるので、サブピストン52の移動に伴う容積変化はメインピストン2に比較して少ないものの、第1の実施形態と同様に、吸気容積Qiに対して膨脹容積Qeが大きくなり、膨脹比を圧縮比より大きくすることができる。
ところで、吸気弁8及び排気弁9は、メインピストン2の2倍の周期で上下動させる必要がある。本実施形態では、カムシャフト53に隣接して配置したサブクランクシャフト23を利用して、サブクランクシャフト23から動力を取り出し、変速せずに吸気弁8及び排気弁9を駆動させている。これにより、例えばOHVエンジンと比較して、プッシュロッドの長さを短縮させることができる。
In the present embodiment, since the sub-piston 52 has a smaller diameter than the main piston 2, the volume change due to the movement of the sub-piston 52 is less than that of the main piston 2, but, as in the first embodiment, the intake volume Qi. In contrast, the expansion volume Qe is increased, and the expansion ratio can be made larger than the compression ratio.
Incidentally, the intake valve 8 and the exhaust valve 9 need to be moved up and down at a cycle twice that of the main piston 2. In the present embodiment, the sub-crankshaft 23 disposed adjacent to the camshaft 53 is used to extract power from the sub-crankshaft 23 and drive the intake valve 8 and the exhaust valve 9 without shifting. Thereby, the length of a push rod can be shortened compared with an OHV engine, for example.

また、本実施形態では、シリンダ51の上方に吸気弁8及び排気弁9とともにサブピストン52が並んで配置されているので、エンジン50の横方向の寸法増加を抑えることができる。
図4に示す本発明の第3の実施形態のエンジン60は、上記第2の実施形態に対して、カムシャフト53の駆動方法が異なる。
本発明の第3の実施形態のエンジン60では、カムシャフト53はサブクランクシャフト23とギヤ接続せずにタイミングチェーン31により駆動される。詳しくは、カムシャフト53にスプロケット61を設け、該スプロケット61にメインスプロケット24及びサブスプロケット25に掛け回したタイミングチェーン31を共掛けする構成としている。
In the present embodiment, since the sub piston 52 is arranged side by side with the intake valve 8 and the exhaust valve 9 above the cylinder 51, an increase in the lateral dimension of the engine 50 can be suppressed.
The engine 60 of the third embodiment of the present invention shown in FIG. 4 is different from the second embodiment in the driving method of the camshaft 53.
In the engine 60 according to the third embodiment of the present invention, the camshaft 53 is driven by the timing chain 31 without being gear-connected to the sub crankshaft 23. Specifically, a sprocket 61 is provided on the camshaft 53, and the timing chain 31 wound around the main sprocket 24 and the sub sprocket 25 is hung on the sprocket 61 together.

これにより、カムシャフト53の配置の自由度を増加させることができ、レイアウト設計の容易化を図ることができる。
図5に示す本発明の第4の実施形態のエンジン70、及び図6に示す本発明の第5の実施形態のエンジン80は、吸気カムシャフト71及び排気カムシャフト72の2つのカムシャフトを有する所謂DOHCエンジンである。その他の構成については、第4の実施形態は上記第2の実施形態に、第5の実施形態は上記第3の実施形態と同様の構成である。
DOHCエンジンに本発明を適用する場合には、図5、6に示すように、サブピストン52をシリンダ71の軸心付近に配置し、サブピストン52を挟むように左右に吸気弁8及び排気弁9を配置すればよい。
Thereby, the freedom degree of arrangement | positioning of the cam shaft 53 can be increased, and the layout design can be facilitated.
The engine 70 of the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 5 and the engine 80 of the fifth embodiment of the present invention shown in FIG. 6 have two camshafts, an intake camshaft 71 and an exhaust camshaft 72. This is a so-called DOHC engine. As for other configurations, the fourth embodiment is the same as the second embodiment, and the fifth embodiment is the same as the third embodiment.
When the present invention is applied to a DOHC engine, as shown in FIGS. 5 and 6, the sub-piston 52 is disposed in the vicinity of the axis of the cylinder 71, and the intake valve 8 and the exhaust valve are arranged to the left and right so as to sandwich the sub-piston 52. 9 may be arranged.

図5に示す第4の実施形態のエンジン70では、吸気カムシャフト71及び排気カムシャフト72は、夫々サブクランクシャフト23とギヤ接続している。したがって、本実施形態においても、第2の実施形態と同様に、吸気弁8及び排気弁9はサブクランクシャフト23から動力を得て駆動することができる。
図6に示す第5の実施形態のエンジン80では、吸気カムシャフト71に設けた吸気スプロケット81及び排気カムシャフト72に設けたスプロケット82にタイミングチェーン31を掛け回して、カムシャフト53を駆動する。よって、第3の実施形態と同様にカムシャフト71、72の配置の自由度を増加させることができる。
In the engine 70 of the fourth embodiment shown in FIG. 5, the intake camshaft 71 and the exhaust camshaft 72 are in gear connection with the sub crankshaft 23, respectively. Therefore, also in the present embodiment, as in the second embodiment, the intake valve 8 and the exhaust valve 9 can be driven by obtaining power from the sub crankshaft 23.
In the engine 80 of the fifth embodiment shown in FIG. 6, the camshaft 53 is driven by winding the timing chain 31 around the intake sprocket 81 provided on the intake camshaft 71 and the sprocket 82 provided on the exhaust camshaft 72. Therefore, the freedom degree of arrangement | positioning of the cam shafts 71 and 72 can be increased similarly to 3rd Embodiment.

なお、以上の実施形態では、サブピストン3、52が膨脹工程終了時には略上死点に位置するように設定しているが、本発明はこれに限定するものではなく、これよりもサブピストン3、52を若干遅角あるいは進角させてもよい。また、メインピストン2とサブピストン3、52の配置に関しても、上記レイアウトに限定するものではない。本発明は、メインピストン2だけでは吸気容積Qiと膨脹容積Qeとが同一となるところを、サブピストン3、52の動きにより吸気容積Qiに対して膨脹容積Qeが大きくなるように構成すればよく、このような構成によりアトキンソンサイクルが可能となる。   In the above embodiment, the sub-pistons 3 and 52 are set so as to be positioned substantially at the top dead center at the end of the expansion process, but the present invention is not limited to this, and the sub-piston 3 is more than this. , 52 may be slightly retarded or advanced. Further, the arrangement of the main piston 2 and the sub pistons 3 and 52 is not limited to the above layout. In the present invention, where the main piston 2 alone has the same intake volume Qi and expansion volume Qe, the expansion volume Qe may be increased with respect to the intake volume Qi by the movement of the sub-pistons 3 and 52. Such a configuration enables the Atkinson cycle.

1、50、60、70 エンジン
2 メインピストン
3、52 サブピストン
4、51、71 シリンダ
23 サブクランクシャフト
31 タイミングチェーン
53 カムシャフト
1, 50, 60, 70 Engine 2 Main piston 3, 52 Sub piston 4, 51, 71 Cylinder 23 Sub crankshaft 31 Timing chain 53 Camshaft

Claims (4)

1つのシリンダ内に異なる周期で往復動する第1のピストン及び第2のピストンを備え、
前記第1のピストンは、吸気行程及び膨脹工程にてシリンダ内の容積を増加させる一方、圧縮行程及び排気工程にてシリンダ内の容積を減少させるように往復動するとともに、
前記第2のピストンは、前記膨脹行程終了時のシリンダ内の容積が前記吸気行程終了時のシリンダ内の容積より大きくなるように往復動のタイミングが設定されていることを特徴とするアトキンソンサイクルエンジン。
A first piston and a second piston that reciprocate at different periods in one cylinder;
The first piston reciprocates so as to increase the volume in the cylinder in the intake stroke and the expansion process, while decreasing the volume in the cylinder in the compression stroke and the exhaust process,
The Atkinson cycle engine is characterized in that the second piston has a reciprocating timing set so that a volume in the cylinder at the end of the expansion stroke is larger than a volume in the cylinder at the end of the intake stroke. .
前記第2のピストンの往復動の周期は、前記第1のピストンの往復動の周期の2倍であるとともに前記膨脹工程終了時に前記シリンダ内の容積が最大となるように設定されていることを特徴とする請求項1に記載のアトキンソンサイクルエンジン。   The reciprocating cycle of the second piston is twice the reciprocating cycle of the first piston and is set so that the volume in the cylinder is maximized at the end of the expansion step. The Atkinson cycle engine according to claim 1, wherein 前記第1のピストンに連結されたクランクシャフトと前記第2のピストンに連結されたクランクシャフトの間で相互に動力を伝達する動力伝達部材を更に備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のアトキンソンサイクルエンジン。   The power transmission member according to claim 1, further comprising a power transmission member configured to transmit power between the crankshaft connected to the first piston and the crankshaft connected to the second piston. The described Atkinson cycle engine. 前記エンジンの吸気弁または排気弁の少なくとも1つと前記第2のピストンとは、前記シリンダの上方に隣接して配置され、
前記第2のピストンに連結されたクランクシャフトと前記吸気弁または排気弁の駆動用カムシャフトとがギヤ接続されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のアトキンソンサイクルエンジン。
At least one of the intake valve or the exhaust valve of the engine and the second piston are disposed adjacent to and above the cylinder;
The Atkinson cycle according to any one of claims 1 to 3, wherein a crankshaft coupled to the second piston and a camshaft for driving the intake valve or the exhaust valve are gear-connected. engine.
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