JPH0481524A - Internal combustion engine - Google Patents
Internal combustion engineInfo
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- JPH0481524A JPH0481524A JP19380590A JP19380590A JPH0481524A JP H0481524 A JPH0481524 A JP H0481524A JP 19380590 A JP19380590 A JP 19380590A JP 19380590 A JP19380590 A JP 19380590A JP H0481524 A JPH0481524 A JP H0481524A
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- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は内燃機関に関するもので、特に、従来の内燃機
関とは全く異なる様式によって運転されることによって
、従来のものよりも高い機関効率を挙げ得る新規な型式
の内燃機関に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to internal combustion engines, and in particular to internal combustion engines that operate in a completely different manner than conventional internal combustion engines, thereby achieving higher engine efficiency than conventional internal combustion engines. The invention relates to a new type of internal combustion engine.
一般に内燃機関は、間欠的に爆発、膨張して仕事をする
機械であるから、クランク軸の駆動は間欠的に生じ、そ
のままでは回転変動が大きく、機関が自動車に搭載され
たような時は不快な振動を発生するから、クランク軸に
付設されるフライホイール等の慣性を利用して、クラン
ク軸の回転の角速度ができるだけ一定となるように努力
するのが普通である。(たとえば実開昭47−590号
公報参照)
〔発明が解決しようとする課題〕
従来の技術は内燃機関のクランク軸の回転をできるだけ
−様にするという方向に向っていたと言っても過言では
ないが、発想を転換して機関の効率という面からこの問
題を考え直してみるに、フライホイールの慣性等により
回転が−様になって、どの行程でもピストンが−様な運
動をすることによって、効率の点でも良い結果が得られ
ているかというと、必ずしもそうではないということに
改めて気が付くのである。In general, internal combustion engines are machines that perform work by exploding and expanding intermittently, so the crankshaft is driven intermittently, and if left as is, the rotational fluctuations would be large, causing discomfort when the engine is installed in a car. Normally, efforts are made to make the angular velocity of the crankshaft as constant as possible by utilizing the inertia of a flywheel attached to the crankshaft. (For example, see Japanese Utility Model Application No. 47-590.) [Problem to be solved by the invention] It is no exaggeration to say that conventional technology has been directed toward making the rotation of the crankshaft of an internal combustion engine as similar as possible. However, if we change our way of thinking and reconsider this problem from the perspective of engine efficiency, we can see that due to the inertia of the flywheel, the rotation changes in a -like manner, and the piston moves in a -like manner during each stroke, which increases efficiency. I realized once again that this is not necessarily the case if good results are obtained in terms of this.
そこで発胡者は、クランク軸の回転を一様にするという
従来技術が均しく取って来た方向とは全く反対に、クラ
ンク軸に積極的に回転変動を与えるという着想を得て、
どのような様式の回転変動を与えた時に、機関効率に関
係のある色々なファクターがどのように変化するかとい
うことを種々考察すると共に、多くのシミュレーション
と実験を重ねた結果、第2図(a)に示すように、従来
と同じくどの行程でもクランク軸が始tから綻りまで一
定の角速度で回転する場合(従来の様式)を比較の対象
とし、それに対して特性の変化の傾向を見るために第1
の変化の様式として、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程
の始めにクランク軸の角速度を上昇させてピストンの動
きを速くし、その分だけ各行程の終り方つまり後の部分
におけるクランク軸の角速度を低下させてピストンの勧
きを遅くする場合(以下これを第1の様式という。)と
、第2の変化の様式として、各行程の始めにクランク軸
の角速度を低下させてピストンの動きを遅くし、その分
だけ各行程の後の部分におけるクランク軸の角速度を上
昇させてピストンの動きを速くする場合(以下これを第
2の様式という。)との3つの場合、に整理して、各行
程における機関内部の状態を解析することを試みた。Therefore, the inventor came up with the idea of actively applying rotational fluctuations to the crankshaft, which is completely contrary to the conventional technology of making the rotation of the crankshaft uniform.
As a result of various studies on how various factors related to engine efficiency change when various types of rotational fluctuations are applied, and as a result of numerous simulations and experiments, the results shown in Figure 2 ( As shown in a), we will compare the case where the crankshaft rotates at a constant angular velocity from start to finish during every stroke (conventional style), as in the past, and look at the trends in the changes in characteristics. first for
The way in which this changes occurs is by increasing the angular velocity of the crankshaft at the beginning of each of the intake, compression, expansion, and exhaust strokes to make the piston move faster. One method is to reduce the angular velocity to slow the movement of the piston (hereinafter referred to as the first method), and the second method is to reduce the angular velocity of the crankshaft at the beginning of each stroke to slow the movement of the piston. There are three cases: one is to slow down the piston, and the other is to increase the angular velocity of the crankshaft at the end of each stroke to speed up the movement of the piston (hereinafter referred to as the second mode). , an attempt was made to analyze the internal state of the engine during each stroke.
その結果を第2図(b)〜(e)に示す。第2図(b)
は吸気行程における単位時間当りの吸気流入量、即ち吸
気流量の変化を示したもので、第2の様式では行程の始
めにピストンが穏やかに動くので吸気の追従がよく、同
じピストン位置で比較すると他の様式よりも流量は一時
的に大きくなるが、すぐに頭打ちとなり、減少傾向とな
って行程の終りでは従来よりも流量が小さくなるのに対
し、第1の様式では行程の始tにピストンが速く動いて
大きな行程位置へ早く到達するので、筒内圧と大気圧と
の差圧が終始大であって、流量は頭打ちとならず、行程
の終りにかけても流量は減少しない。その結果第1の様
式によれば、他の様式にくらべて最も多くの量の吸気を
筒内に吸入することができる。The results are shown in FIGS. 2(b) to (e). Figure 2(b)
shows the change in the amount of intake air inflow per unit time during the intake stroke, that is, the intake flow rate.In the second mode, the piston moves gently at the beginning of the stroke, so the intake air follows well, and when compared at the same piston position, The flow rate is temporarily larger than in the other modes, but it soon reaches a plateau and tends to decrease, becoming smaller at the end of the stroke than before, whereas in the first mode, the piston moves quickly and reaches a large stroke position quickly, so the differential pressure between the cylinder pressure and atmospheric pressure is large from beginning to end, and the flow rate does not reach a plateau and does not decrease even towards the end of the stroke. As a result, according to the first method, the largest amount of intake air can be drawn into the cylinder compared to other methods.
第2図(C)は圧縮行程における吸気中の燃料粒子が単
位時間当りに受取る熱量の変化を示したもので、第1の
様式によれば最も早期にまわりの空気が断熱圧縮されて
高温になるとともに、ピストンもシリンダの高温部(上
死点)に移動するので、燃料粒子には、高温のまわりの
空気とシリンダの高温部から熱が流れて受熱量が増大す
る。このように、比較的長い時間にわたって吸気を高圧
縮高密度の状態におくために、高温となっている燃焼室
壁等から吸熱する熱量が増加する結果となる。そのた島
シリンダの最高温度は低下し、高圧縮も可能となる。Figure 2 (C) shows the change in the amount of heat that fuel particles in the intake air receive per unit time during the compression stroke. According to the first method, the surrounding air is adiabatically compressed and reaches a high temperature at the earliest stage. At the same time, the piston also moves to the high temperature part of the cylinder (top dead center), so heat flows to the fuel particles from the air around the high temperature and the high temperature part of the cylinder, increasing the amount of heat received. In this way, since the intake air is kept in a highly compressed and high density state for a relatively long period of time, the amount of heat absorbed from the high temperature combustion chamber walls and the like increases. In addition, the maximum temperature of the island cylinder decreases, and high compression becomes possible.
第2図(d)は膨張行程における時間当りの損失熱量の
変化を示したもので、やはり第1の様式では、燃焼室内
の燃焼ガスの有する高い熱エネルギが燃焼室壁等から散
逸するまでの短い時間内に、素速くピストンを大きく移
動させ、もつとも多くの仕事をさせた後、温度が低下し
た燃焼ガスによって残りの仕事を比較的長い時間をかけ
て取り出すので、熱の損失が少なく、燃焼ガスのエネル
ギを最も効率よく仕事に変換することができる。Figure 2 (d) shows the change in the amount of heat lost per hour during the expansion stroke. In the first mode, the high thermal energy of the combustion gas in the combustion chamber is dissipated from the combustion chamber walls, etc. After the piston moves a large distance quickly and performs a large amount of work in a short period of time, the remaining work is extracted over a relatively long period of time by the combustion gas whose temperature has decreased, so there is little heat loss and combustion Gas energy can be converted into work most efficiently.
最後に、第2図(e)は排気行程における単位時間当り
の排気流量の変化を示したもので、この場合も第1の様
式では早期にピストンが排気流量の大なる位置へ移動し
、筒内圧と大気との間に大きな圧力差が形成されるため
、排気の排出は高速となって高い排気流量が得られ、排
気が完全に行なわれる。Finally, Figure 2(e) shows the change in exhaust flow rate per unit time during the exhaust stroke. In this case as well, in the first mode, the piston moves to a position where the exhaust flow rate is large early, and the piston moves to the position where the exhaust flow rate is large. Since a large pressure difference is formed between the internal pressure and the atmosphere, the exhaust gas is discharged at a high speed, a high exhaust flow rate is obtained, and the exhaust gas is completely exhausted.
したがって、吸気、圧縮、膨張、排気のいずれの行程に
おいても、第1の様式が従来技術や第2の様式と対比し
て最も高い機関効率をもたらすという結論に到達した。Therefore, the conclusion was reached that the first mode provides the highest engine efficiency compared to the prior art and the second mode in any of the intake, compression, expansion, and exhaust strokes.
そこで本発明は、上記の考察、解析の結果を踏まえて、
それを実際の内燃機関に活用し、第1の様式によってピ
ストンを作動させ得る現実的な手段を開発することを、
発明の解決課題とするものである。Therefore, the present invention has been developed based on the above considerations and analysis results.
The aim is to utilize it in an actual internal combustion engine and develop a practical means to operate the piston in the first manner.
This is a problem to be solved by the invention.
本発明の内燃機関は、クランク軸と出力軸との間に可変
角速度比伝動機構を設けると共に、気筒が作動時に行な
う吸気、圧縮、膨張、排気の各行程のうち少なくとも1
つ以上の行程において、前記気筒内の容積変化率が前記
行程の初期に大きく且つ前記行程の終期にそれよりも小
さくなるような前記クランク軸の角速度の変化が生じる
ように、前記可変角速度比伝動機構の入出力特性を設定
したことを特徴とする。The internal combustion engine of the present invention includes a variable angular speed ratio transmission mechanism between the crankshaft and the output shaft, and at least one of the intake, compression, expansion, and exhaust strokes that the cylinder performs during operation.
The variable angular velocity ratio transmission is configured such that, in one or more strokes, a change in the angular velocity of the crankshaft occurs such that the rate of change in volume within the cylinder is large at the beginning of the stroke and smaller at the end of the stroke. It is characterized by setting the input/output characteristics of the mechanism.
可変角速度比伝動機構をクランク軸と出力軸との間に設
けると共に、その入出力特性を、吸気、圧縮、膨張、排
気の各行程のうち少なくとも1つ以上の行程において、
気筒内の容積変化率が前記行程の初期に大きく、即ちピ
ストンの動きが比較的速く、且つ前記行程の終期にそれ
よりも小さく、即ちピストンの動きが比較的遅くなるよ
うに設定することにより、出力軸が実質的に一定角速度
の回転をするときでも、クランク軸は顕著な回転変動を
伴なう不等角速度回転を強制される。A variable angular velocity ratio transmission mechanism is provided between the crankshaft and the output shaft, and the input/output characteristics thereof are adjusted in at least one or more of the intake, compression, expansion, and exhaust strokes.
By setting the volume change rate in the cylinder to be large at the beginning of the stroke, that is, the movement of the piston is relatively fast, and smaller at the end of the stroke, that is, the movement of the piston is relatively slow, Even when the output shaft rotates at a substantially constant angular velocity, the crankshaft is forced to rotate at unequal angular velocities with significant rotational fluctuations.
そして、本発明の特殊な手段が吸気行程に適用された場
合は、気筒内のピストンが吸気行程の初期に速く移動す
ることにより、行程の初期から気筒内には大きな負圧が
発生し、吸気流には早くから大きな慣性が作用するたt
、流量が増大して吸気の充填効率が著しく高くなる。When the special means of the present invention is applied to the intake stroke, the piston inside the cylinder moves quickly at the beginning of the intake stroke, and a large negative pressure is generated in the cylinder from the beginning of the intake stroke. A large amount of inertia acts on the flow from an early stage.
, the flow rate increases and the intake air filling efficiency becomes significantly higher.
圧縮行程に適用さ−れた場合は、ピストンに作用する圧
縮反力が小さい行程初期においてクランク軸が下死点の
位置から迅速に回動してピストンを速く上昇させ、圧縮
反力が大きくなる行程終期にピストンの動きを遅くして
、比較的小さな消費動力を有効に活用し、ゆっくりと吸
気を高い圧力まで圧縮する。したがって急激な圧縮によ
る異常着火やノッキングが発生しにくくなる。When applied to the compression stroke, the crankshaft quickly rotates from the bottom dead center position at the beginning of the stroke when the compression reaction force acting on the piston is small, causing the piston to rise quickly and the compression reaction force to increase. At the end of the stroke, the piston moves slowly to effectively utilize the relatively small power consumption and slowly compress the intake air to a high pressure. Therefore, abnormal ignition and knocking due to rapid compression are less likely to occur.
膨張行程に適用された場合は、行程初期において爆発直
後のエネルギーの高い燃焼ガスが燃焼室壁等へ熱を奪わ
れる前に、素速くピストンを動かして有効な仕事をさせ
ると共に、−膨張して温度の下った燃焼ガスの残存エネ
ルギを、速度の低下するピストンによってゆっくりと吸
収し、できるだけ多く有効な仕事に変換する。極端な例
として、上死点にあるピストンに大きな爆発圧力が作用
しても、有効な回転エネルギをクランク軸から取り出す
ことはできないが、クランク軸が上死点位置から大きく
回動した位置でピストンに大きな爆発圧力が作用した時
は、有効なトルクとしてクランク軸から取出し得るエネ
ルギが増大する・ことは明らかである。本発明によれば
、膨張行程の初期において、ピストンを上死点位置から
素速く下降させるので、上記の理由から有効な仕事に変
換される燃焼エネルギの割合が増加し、騒音、振動が減
少するのである。When applied to the expansion stroke, in the early stage of the stroke, the high-energy combustion gas immediately after the explosion quickly moves the piston to perform effective work before the high-energy combustion gas loses heat to the combustion chamber walls, etc., and - expands. The residual energy of the cooled combustion gases is slowly absorbed by the piston, whose speed is reduced, and is converted into as much useful work as possible. As an extreme example, even if a large explosion pressure acts on a piston at top dead center, no effective rotational energy can be extracted from the crankshaft, but when the crankshaft has rotated significantly from top dead center, the piston It is clear that when a large explosion pressure is applied to the crankshaft, the energy that can be extracted from the crankshaft as effective torque increases. According to the present invention, since the piston is quickly lowered from the top dead center position at the beginning of the expansion stroke, the proportion of combustion energy converted into effective work increases for the above reasons, and noise and vibration are reduced. It is.
また、排気行程に適用された場合は、行程初期において
ピストンを速く移動させ、気筒内の排気ガスの圧力を早
くから高めて排気流に大きな慣性を与えることにより、
排気流量を増大して排気効率を高める。In addition, when applied to the exhaust stroke, the piston moves quickly at the beginning of the stroke, increasing the pressure of exhaust gas in the cylinder from an early stage and giving large inertia to the exhaust flow.
Increase exhaust flow rate to improve exhaust efficiency.
このようにして、どの行程に本発明の特殊な手段が適用
される場合であっても、すべて機関効率が上昇し、出力
が増大すると共に1.燃費率が低下するという結果が得
られる。In this way, no matter which stroke the special measures of the invention are applied to, the efficiency of the engine increases, the power increases and: 1. The result is that the fuel efficiency rate decreases.
第1図は本発明の実施例を示したもので、4気筒の内燃
機関1に本発明を適用した場合の1つの例である。その
クランク軸2の一端には、調整用の小型フライホイール
3が取付けられているが、これは機関1が自刃回転を続
けるために必要な最小限の慣性力を与えるものであって
、クランク軸2の回転を平滑化するために設けられるも
のではない。したがって、クランク軸2自体や、それに
直結される部材の慣性モーメントが十分に大であれば、
調整用のフライホイール3は設ける必要がない。FIG. 1 shows an embodiment of the present invention, and is one example in which the present invention is applied to a four-cylinder internal combustion engine 1. In FIG. A small flywheel 3 for adjustment is attached to one end of the crankshaft 2, which provides the minimum inertia force necessary for the engine 1 to continue rotating on its own, It is not provided for smoothing the rotation of 2. Therefore, if the moment of inertia of the crankshaft 2 itself and the members directly connected to it are sufficiently large,
There is no need to provide a flywheel 3 for adjustment.
通常、直列4気筒の4サイクル機関の場合、4つの気筒
1.I[、III、I”i/は第1図に示すように■と
■及び■と■のような、同じ動き方をするピストンを有
する2つの群に分けられることが多く、各群はクランク
角で180°の間隔をもって共通のクランク軸2に連結
され、I−n−r¥−III又は■−m−rv−nの順
に点火されて、クランク軸が180°回転する毎に各気
筒が順次爆発し、2回転で1サイクルを終了するように
なっている。したがって、この場合は本発明にとって最
も好都合な配置となっており、第1群の気筒■及び■の
ピストン4及び7が上死点にあるときは、第2群の気筒
■及び■のピストン5及び6は下死点にあって、すべて
の気筒I〜■のすべての行程の始まりと終りがそれぞれ
同期している。そして各行程が180゜の間隔で点火順
に移行するようになっているのである。Normally, in the case of an in-line four-cylinder four-cycle engine, four cylinders 1. I[, III, I''i/ are often divided into two groups with pistons that move in the same way, such as ■ and ■ and ■ and ■, as shown in Figure 1, and each group is They are connected to a common crankshaft 2 at angular intervals of 180°, and are ignited in the order of I-n-r\-III or ■-m-rv-n, and each cylinder is fired every 180° rotation of the crankshaft. The explosions occur sequentially and one cycle is completed in two revolutions.Therefore, in this case, the arrangement is most convenient for the present invention, with pistons 4 and 7 of cylinders ① and ② of the first group When at dead center, pistons 5 and 6 of cylinders (1) and (2) of the second group are at bottom dead center, and the beginnings and ends of all strokes of all cylinders I to (2) are synchronized, respectively. Each stroke is designed to shift in the firing order at 180° intervals.
第1図において8として示したものは、本発明の骨子と
する可変角速度比伝動機構であって、第1実施例では楕
円歯車あるいは偏心歯車、対数スパイラル曲線弧状の葉
形歯車等のいわゆる変態歯車9・10及び11・12を
噛合わせた変態歯車伝動機構を使用している。可変角速
度比伝動機構8は、不等角速度の回転をする即ち故意に
回転変動を与えられたクランク軸2の回転を一定の角速
度を有する回転に変換するように選ばれた機構であって
、1回転する間に入出力軸間の角速度比が周期的に変化
するものである。したがって入力軸13をクランク軸2
に連結すると共に、出力軸14に太き目の本来のフライ
ホイール15を取り付けて、8力軸14から図示しない
トランスミッションやディファレンシャルギヤ等の被駆
動体へ伝動すれば、それらによって大きな慣性モーメン
トを有する出力軸14が一定角速度で回転しようとする
ために、逆に機関1のクランク軸2が、伝動機構8の有
する定められた可変角速度比特性によって、周期的な回
転変動を強制されることになる。What is shown as 8 in FIG. 1 is a variable angular velocity ratio transmission mechanism which is the gist of the present invention. It uses a transformation gear transmission mechanism in which gears 9 and 10 and 11 and 12 are meshed together. The variable angular velocity ratio transmission mechanism 8 is a mechanism selected to convert the rotation of the crankshaft 2, which rotates at unequal angular velocity, that is, the rotation is intentionally varied, into rotation having a constant angular velocity. The angular velocity ratio between the input and output shafts changes periodically during rotation. Therefore, the input shaft 13 is connected to the crankshaft 2.
If a thick original flywheel 15 is attached to the output shaft 14 and power is transmitted from the 8-force shaft 14 to a driven body such as a transmission or differential gear (not shown), a large moment of inertia will be generated by them. Since the output shaft 14 attempts to rotate at a constant angular velocity, the crankshaft 2 of the engine 1 is forced to undergo periodic rotational fluctuations due to the predetermined variable angular velocity ratio characteristic of the transmission mechanism 8. .
可変角速度比伝動機構8は楕円歯車等の変態歯車によっ
て構成し得るほか、クランク機構等の歯車によらない機
構によっても構成することができる。変態歯車を用いる
にしても、第1図のように4枚の変態歯車9〜12とカ
ウンターシャフト16を用いる必要はなく、単に1組の
変態歯車9及び10のみによって、カウンターシャフト
16を出力軸としてもよい。ただし、変態歯車の形によ
っては有効圧力角の制約や位相差の問題から、単に1紐
とすることができない場合もある。The variable angular velocity ratio transmission mechanism 8 can be configured by a transformation gear such as an elliptical gear, or can also be configured by a mechanism other than a gear such as a crank mechanism. Even if transformation gears are used, there is no need to use the four transformation gears 9 to 12 and the countershaft 16 as shown in FIG. You can also use it as However, depending on the shape of the transformation gear, it may not be possible to simply use one string due to restrictions on the effective pressure angle and problems with the phase difference.
第3図は可変角速度比伝動機構8の実施例として、−組
の変態歯車17及び1B (歯のピッチ曲線によって示
す)を噛合わせたものを示している。各変態歯車17及
び18は、それらに重ねて二点鎖線で画いた仮想の真円
19及び20と比較すれば、その変形した形が理解し易
い。変態歯車の歯切りについては、現在数に実用化され
ているNC制御を利用した特殊な歯切り機械に、入出力
軸13及び14(又は16)間の角速度比の変化パター
ンを与えることにより、そのような角速度比の変化をも
たらす変態歯車17・18等を自由に製作することがで
きる。FIG. 3 shows, as an embodiment of the variable angular velocity ratio transmission mechanism 8, a negative set of transformation gears 17 and 1B (indicated by tooth pitch curves) meshing with each other. The transformed shapes of the transformed gears 17 and 18 can be easily understood by comparing them with virtual perfect circles 19 and 20 drawn by two-dot chain lines overlapping them. For gear cutting of transformation gears, a change pattern of the angular velocity ratio between the input and output shafts 13 and 14 (or 16) is applied to a special gear cutting machine that utilizes NC control, which is currently in practical use. Transformation gears 17, 18, etc. that bring about such a change in angular velocity ratio can be freely manufactured.
第3図に示したような可変角速度比伝動機構(変態歯車
伝動機構)8は、第4図に示したようなパターンの角速
度比の変化をもたらす。図中−点鎖線で画いた真円21
は等速で回転する出力軸14(又はカウンターシャフト
16)の回転を示し、中心Oから円周上の各点までの距
離即ち半径が一定であることから等速回転であることを
示している。The variable angular velocity ratio transmission mechanism (transformation gear transmission mechanism) 8 as shown in FIG. 3 brings about a change in the angular velocity ratio in a pattern as shown in FIG. In the figure - perfect circle 21 drawn with a dotted chain line
indicates the rotation of the output shaft 14 (or countershaft 16) that rotates at a constant speed, and since the distance from the center O to each point on the circumference, that is, the radius is constant, it is a constant speed rotation. .
これに対して、第4図においてはまゆ形の曲線22が、
中心点Oのまわりの任意の角、即ちクランク角に対応し
て変化する角速度を表わしている。曲線22は、点A−
B間及び点C−D間では真円21よりも外側にあるから
、この場合の出力軸であるカウンターシャフト16が一
定角速度で回転しているとすれば、これらの期間内では
入力軸13及びそれと連結されているクランク軸2の角
速度の方が出力軸のそれよりも大きくなっている。また
、点8〜6間及び点D−Aの期間内では、曲線22が真
円の等角速度曲線21よりも内側にあることがら、クラ
ンク軸2の角速度は出力軸のそれよりも小さくなってい
る。On the other hand, in FIG. 4, the eyebrow-shaped curve 22 is
It represents the angular velocity that changes in response to an arbitrary angle around the center point O, that is, the crank angle. The curve 22 is a point A-
Since the points B and C-D are outside the perfect circle 21, if the countershaft 16, which is the output shaft in this case, is rotating at a constant angular velocity, the input shaft 13 and The angular velocity of the crankshaft 2 connected thereto is greater than that of the output shaft. Also, between points 8 and 6 and within the period between points D and A, the angular velocity of the crankshaft 2 is smaller than that of the output shaft because the curve 22 is inside the perfect circular constant angular velocity curve 21. There is.
したがって、第1図における可変角速度比伝動機構8と
して、第3図に示すような変態歯車伝動機構8を使用し
、クランク軸2に対して第4図に示したような角速度の
変化のパターンを実行させた場合、4サイクル4気筒の
内燃機関1の各気筒I〜■のピストン4〜7は、上死点
から下降する吸気及び膨張行程の前半では第4図の点A
−Bの期間に対応し、また、下死点から上昇する圧縮及
び排気行程の前半では点C−Dの期間に対応して、いず
れも一定速の出力軸よりもクランク軸20角速度が大と
なり、ピストン4〜7の動きが速くする。Therefore, a transformation gear transmission mechanism 8 as shown in FIG. 3 is used as the variable angular velocity ratio transmission mechanism 8 in FIG. 1, and a pattern of change in angular velocity as shown in FIG. When executed, the pistons 4 to 7 of each cylinder I to ■ of the 4-stroke, 4-cylinder internal combustion engine 1 move to point A in FIG. 4 in the first half of the intake and expansion strokes descending from top dead center.
Corresponding to the period -B, and also in the first half of the compression and exhaust strokes rising from the bottom dead center, corresponding to the period C-D, the angular velocity of the crankshaft 20 is greater than that of the output shaft at a constant speed. , the movement of pistons 4 to 7 becomes faster.
これと反対に、吸気及び膨張行程の後半では第4図の点
B−Cの期間に対応すると共に、圧縮及び排気行程の後
半では点D−Aの期間に対応することによって、一定速
の出力軸よりもクランク軸2の角速度が小となるため、
ピストン4〜7の動きが遅くなる。On the contrary, the second half of the intake and expansion strokes corresponds to the period of points B-C in FIG. Since the angular velocity of the crankshaft 2 is smaller than that of the shaft,
The movement of pistons 4 to 7 becomes slow.
このようにして、第1図に示す内燃機関1では、すべて
の行程の前半、即ち第4図の点A−B聞及び点C−D間
においてピストン4〜7が急速に動くと共に、すべての
行程の後半、即ち点B−C間及び点D−A間においてピ
ストンの動きが緩やかになって、本発明の狙いとする第
2図について説明した第1の様式の作動が得られ、吸気
、圧縮、膨張、及び排気のすべての行程において、改善
された作動、即ち従来のクランク軸が等速回転する内燃
機関よりも、吸気流量、排気流量、及び圧縮熱が増大す
ると共に損失熱量が減少して、大幅に機関効率が上昇し
、燃費低下と高出力の発生という好ましい結果が得られ
る。In this way, in the internal combustion engine 1 shown in FIG. 1, the pistons 4 to 7 move rapidly during the first half of every stroke, that is, between points A and B and between points C and D in FIG. In the latter half of the stroke, that is, between points B and C and between points D and A, the movement of the piston becomes gradual, and the first mode of operation described with reference to FIG. 2, which is the aim of the present invention, is obtained, and the intake air Improved operation in all strokes of compression, expansion, and exhaust, i.e., intake flow rate, exhaust flow rate, and heat of compression increase, and heat loss decreases compared to conventional internal combustion engines with constant rotation of the crankshaft. As a result, engine efficiency is significantly increased, resulting in lower fuel consumption and higher output.
第4図に示したような速度変化を生じる第3図のような
可変角速度比伝動機構8は、2気筒の2サイクル機関に
殆んどそのままで使用することができる。2サイクル機
関は1回転でサイクルを終了し、ピストンが上昇する圧
縮行程と、ピストンが下降する膨張行程の2つの行程か
らなり、圧縮行程が終る上死点付近で点火が行なわれる
と共に、膨張行程の終りから圧縮行程の始めにかけての
下死点付近で、加圧された新気による掃気が行なわれる
。The variable angular speed ratio transmission mechanism 8 as shown in FIG. 3 which produces the speed change as shown in FIG. 4 can be used almost as is in a two-cylinder two-stroke engine. A two-stroke engine completes its cycle in one revolution and consists of two strokes: a compression stroke in which the piston moves up, and an expansion stroke in which the piston descends.Ignition occurs near top dead center at the end of the compression stroke, and the expansion stroke Scavenging with pressurized fresh air occurs near the bottom dead center from the end of the compression stroke to the beginning of the compression stroke.
そこで、2つの気筒を180°位相をずらせて共通のク
ランク軸により連結し、一方の気筒の圧縮行程と他方の
気筒の膨張行程とが同期するように組合わせて、クラン
ク角180°毎に点火を行えば、4気筒の4サイクル機
関のように、18Q°間隔で各気筒が交互に爆発して膨
張行程を行ない、その時に他方の気筒は圧縮行程を行な
うから、可変角速度比伝動機構8によってクランク軸に
第4図の22に示すような速度変化を与えてやると、圧
縮行程及び膨張行程共に、行程の始め(点A−B及び点
C−D)にクランク軸の角速度が大となってピストン速
度が増加し、また、行程の終り(点B〜C及び点D−A
)にクランク軸の角速度が小となっテヒストン速度が減
少する。その結果、前述の第1の様式の作動状態が実現
し、圧縮及び膨張の両行程において機関効率が改善され
る。Therefore, the two cylinders are connected by a common crankshaft with a 180° phase shift, and the compression stroke of one cylinder is synchronized with the expansion stroke of the other cylinder, and the ignition is performed every 180° of the crank angle. If you do this, like a 4-cylinder 4-cycle engine, each cylinder will alternately explode at 18Q° intervals and perform the expansion stroke, while the other cylinder will perform the compression stroke, so the variable angular velocity ratio transmission mechanism 8 will When a speed change is applied to the crankshaft as shown in 22 in Fig. 4, the angular velocity of the crankshaft increases at the beginning of the stroke (points A-B and C-D) in both the compression stroke and the expansion stroke. The piston speed increases at the end of the stroke (points B-C and D-A).
), the angular velocity of the crankshaft decreases and the speed of the crankshaft decreases. As a result, the aforementioned first mode of operation is achieved and engine efficiency is improved in both compression and expansion strokes.
このように、本発明は、2サイクル機関にも適用可能で
あり、同じ理由でロークリ機関にも適用することができ
ることは説明を要しない。以上述べた実施例はいずれも
、多気筒機関における各気筒の各行程が互いに都合よく
180°間隔で同期して並んでおり、クランク軸に対す
る速度変化の与え方に関して、「行程の始めに速く、行
程の終りに遅く、」という共通のルールをそのまま当て
はめることができる場合であるが、たとえば点火間隔が
120°である直列6気筒の4サイクル機関の場合のよ
うに、一つの気筒の行程の終りと他の気筒の行程の始ま
りが順序よく連続しないで、それらの一部が重複するよ
うな多気筒機関にあっては、それを構成する各気筒が共
通のクランク軸によって連結されている以上、クランク
軸に対する速度変化の与え方(第4図のようなパターン
)を−律に決めることができない。Thus, it is unnecessary to explain that the present invention can be applied to a two-stroke engine, and for the same reason, can also be applied to a low-pressure engine. In all of the embodiments described above, the strokes of each cylinder in a multi-cylinder engine are conveniently arranged in synchronization with each other at 180° intervals, and in terms of how to give a speed change to the crankshaft, "fast at the beginning of the stroke, There are cases where the common rule "late at the end of the stroke" can be applied as is, but for example, in the case of an inline six-cylinder four-stroke engine with a firing interval of 120 degrees, the "late at the end of the stroke of one cylinder" In multi-cylinder engines where the strokes of the cylinders and other cylinders do not continue in sequence and some of them overlap, the crankshaft It is not possible to decide exactly how to apply velocity changes to the shaft (a pattern like the one shown in Figure 4).
しかしながら、本発明の効果は、主として吸気行程、膨
張行程及び圧縮行程の、特に行程の始於にピストンの速
度を速くするという点によって生じることから、行程の
終りで遅くするよりも行程の始めで速くする方に重点を
置き、その要素を優先的にとり入れることにすれば、各
行程の一部が重複して、角速度の上昇と低下の要求が衝
突する場合でも、設計に当って両者の妥協点を見出すこ
とは可能であり、そのような多気筒機関であっても、従
来のような等速機関より高い機関効率を挙げることがで
きる。要は、機関全体として従来のものよりも優れた性
能を発揮することができるように最適の妥協点を見出せ
ばよいのであり、これはその機関にとってマツチング可
能な点が一つ増えたこと、つまり最適点を探す自由度が
一つ増えたことを意味する。However, the effect of the present invention is mainly produced by increasing the piston speed at the beginning of the intake, expansion, and compression strokes, and therefore, rather than slowing down at the end of the stroke. By placing emphasis on speed and taking that element first, even if parts of each stroke overlap and the demands for increasing and decreasing angular velocity conflict, it is possible to compromise between the two in the design. It is possible to find a point, and even such a multi-cylinder engine can achieve higher engine efficiency than a conventional constant velocity engine. The point is to find the optimal compromise so that the engine as a whole can demonstrate better performance than the conventional one, and this means that the engine has one more point that can be matched, that is, This means that the degree of freedom for finding the optimal point has increased by one.
単気筒の4サイクル機関あるいは2サイクル機関の場合
は、多気筒機関のように他の気筒との関係を考える必要
がないので、ルール通りにクランク軸の角速度が各行程
の始めにおいて速く、各行程の終りにおいて遅くなるよ
うに可変角速度伝動機構8を設計すればよい。In the case of a single-cylinder four-stroke engine or two-stroke engine, there is no need to consider the relationship with other cylinders like in a multi-cylinder engine, so the angular velocity of the crankshaft is high at the beginning of each stroke, as per the rules, and The variable angular velocity transmission mechanism 8 may be designed to slow down at the end of .
本発明を適用した内燃機関においては、前記作用の項に
おいて説明した作用メカニズムによって、従来の内燃機
関よりもすぐれた機関効率が得られるので、一機関の出
力が増大し、燃費率が低下するという効果が得られる。In the internal combustion engine to which the present invention is applied, the mechanism of action explained in the section above provides better engine efficiency than the conventional internal combustion engine, so the output of one engine increases and the fuel efficiency rate decreases. Effects can be obtained.
そして、クランク軸には故意に回転変動が与えられるが
、それと出力軸との間には可変角速度比伝動機構が設け
られるので、出力軸は一定角速度の滑らかな回転を出力
することができるので、被駆動体に回転変動による悪影
響を与えることがない。Rotation fluctuations are intentionally given to the crankshaft, but since a variable angular velocity ratio transmission mechanism is provided between it and the output shaft, the output shaft can output smooth rotation at a constant angular velocity. The driven body is not adversely affected by rotational fluctuations.
第1図は本発明の実施例の全体構成を示す概念的縦断面
図、第2図(a)〜(e)は本発明を導出するために行
なった解析結果を従来技術等と対比して示す線図、第3
図は本発明の要部である可変角速度伝動機構を例示する
概念図、第4図は可変角速度比伝動機構の大畠力特性で
ある角速度曲線を例示する線図である。
1・・・4気筒の内燃機関、2・・・クランク軸、3・
・・調整用のフライホイール、
4〜7・・・ピストン、
8・・・可変角速度比伝動機構(変態歯車伝動機構)、
9〜12・・・変態歯車、 13・・・入力軸、14
・・・出力軸、 15・・・フライホイール
、16・・・カウンターシャフト、
17・18・・・変態歯車、 19〜21・・・真円
、22・・・角速度曲線。
第3図
第1図
2・・・クランク軸
8・・・可変角速度比伝動機構
14・・・出力軸
15・・・フライホイール
第4図
8・・・可変角速度比伝動機構
17.18・・・変態歯車
21・・・等角速度曲線
22・・・角速度曲線
第
図FIG. 1 is a conceptual vertical cross-sectional view showing the overall configuration of an embodiment of the present invention, and FIGS. 2(a) to (e) compare the analysis results conducted to derive the present invention with the prior art etc. Line diagram shown, 3rd
The figure is a conceptual diagram illustrating the variable angular velocity transmission mechanism that is the main part of the present invention, and FIG. 4 is a diagram illustrating the angular velocity curve that is the Ohata force characteristic of the variable angular velocity ratio transmission mechanism. 1...4 cylinder internal combustion engine, 2...crankshaft, 3...
...Flywheel for adjustment, 4-7...Piston, 8...Variable angular velocity ratio transmission mechanism (transformation gear transmission mechanism),
9-12...Transformation gear, 13...Input shaft, 14
...Output shaft, 15.. Flywheel, 16.. Counter shaft, 17.18.. Transformation gear, 19-21.. Perfect circle, 22.. Angular velocity curve. Fig. 3 Fig. 2... Crankshaft 8... Variable angular speed ratio transmission mechanism 14... Output shaft 15... Flywheel Fig. 4 8... Variable angular speed ratio transmission mechanism 17.18...・Transformation gear 21... Constant angular velocity curve 22... Angular velocity curve diagram
Claims (1)
けると共に、気筒が作動時に行なう吸気、圧縮、膨張、
排気の各行程のうち少なくとも1つ以上の行程において
、前記気筒内の容積変化率が前記行程の初期に大きく且
つ前記行程の終期にそれよりも小さくなるような前記ク
ランク軸の角速度の変化が生じるように、前記可変角速
度比伝動機構の入出力特性を設定したことを特徴とする
内燃機関。A variable angular speed ratio transmission mechanism is provided between the crankshaft and the output shaft, and the intake, compression, expansion, and
In at least one or more of the exhaust strokes, a change in the angular velocity of the crankshaft occurs such that the volume change rate in the cylinder is large at the beginning of the stroke and becomes smaller at the end of the stroke. An internal combustion engine characterized in that the input/output characteristics of the variable angular speed ratio transmission mechanism are set as follows.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19380590A JPH0481524A (en) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | Internal combustion engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19380590A JPH0481524A (en) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | Internal combustion engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0481524A true JPH0481524A (en) | 1992-03-16 |
Family
ID=16314064
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19380590A Pending JPH0481524A (en) | 1990-07-24 | 1990-07-24 | Internal combustion engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0481524A (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009167912A (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Fuji Heavy Ind Ltd | engine |
| JP2010249110A (en) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Fuji Heavy Ind Ltd | Internal combustion engine |
| JP2010249112A (en) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Fuji Heavy Ind Ltd | Internal combustion engine |
| JP2010249109A (en) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Fuji Heavy Ind Ltd | Internal combustion engine |
| JP2010249111A (en) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Fuji Heavy Ind Ltd | Internal combustion engine |
-
1990
- 1990-07-24 JP JP19380590A patent/JPH0481524A/en active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009167912A (en) * | 2008-01-16 | 2009-07-30 | Fuji Heavy Ind Ltd | engine |
| JP2010249110A (en) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Fuji Heavy Ind Ltd | Internal combustion engine |
| JP2010249112A (en) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Fuji Heavy Ind Ltd | Internal combustion engine |
| JP2010249109A (en) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Fuji Heavy Ind Ltd | Internal combustion engine |
| JP2010249111A (en) * | 2009-04-20 | 2010-11-04 | Fuji Heavy Ind Ltd | Internal combustion engine |
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