JP2007071155A - Reciprocating cylinder device with variable compression ratio - Google Patents
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Abstract
【課題】 往復動内燃機関における圧縮比を簡単で且つ寸法増加が少ない機構により連続的に変化させる。
【解決手段】 クランク軸3のクランクピン31に第1偏心カム部材5を取り付ける。第1偏心カム部材5は、クランクピン31に対して回転可能に適合する第1内面51と、クランクピン31に平行で且つそれから偏心した対称中心C3をもつ第1外面52とを備えている。第1外面52に、コネクティングロッド4の一端部に設けられた軸受部42を回転可能に適合する。更に、クランク円板6の第2内面61を第1偏心カム部材の第1外面52に回転可能に適合する。一方、クランク軸3と同軸の回動中心C6の周りにて回動可能な第2偏心カム部材7を設け、その第3内面71にクランク円板6の第2外面62をクランク軸から偏心した回転中心C4の周りで回転可能に適合させる。
【選択図】 図3PROBLEM TO BE SOLVED: To continuously change a compression ratio in a reciprocating internal combustion engine by a simple mechanism with little increase in size.
A first eccentric cam member 5 is attached to a crankpin 31 of a crankshaft 3. The first eccentric cam member 5 includes a first inner surface 51 that is rotatably fitted to the crankpin 31 and a first outer surface 52 having a symmetrical center C3 that is parallel to and eccentric from the crankpin 31. A bearing portion 42 provided at one end of the connecting rod 4 is fitted to the first outer surface 52 so as to be rotatable. Further, the second inner surface 61 of the crank disc 6 is rotatably fitted to the first outer surface 52 of the first eccentric cam member. On the other hand, a second eccentric cam member 7 that can rotate around a rotation center C6 that is coaxial with the crankshaft 3 is provided, and the second outer surface 62 of the crank disc 6 is offset from the crankshaft on the third inner surface 71 thereof. It is adapted to be rotatable around the center of rotation C4.
[Selection] Figure 3
Description
本発明は、ピストンがシリンダ内で往復移動することで該シリンダ内の容積が変動する往復動シリンダ装置に関するものであり、特に、圧縮比を可変となした往復動シリンダ装置に関するものである。このような圧縮比可変往復動シリンダ装置は、例えば往復動内燃機関または往復動圧縮機として利用することができる。 The present invention relates to a reciprocating cylinder device in which the volume in the cylinder fluctuates as a piston reciprocates in the cylinder, and particularly relates to a reciprocating cylinder device having a variable compression ratio. Such a compression ratio variable reciprocating cylinder device can be used as, for example, a reciprocating internal combustion engine or a reciprocating compressor.
往復動内燃機関の一種であるガソリンエンジンにおいては、燃料混合気体の一定供給条件下では、ピストン往復動により変化するシリンダ内容積の最大値と最小値との比である圧縮比を高めた方が一般的には高出力が得られる。しかし、圧縮比が高すぎると、ノッキングが生ずる。このノッキングが発生しない圧縮比の範囲は、エンジンの回転数に応じて変化する。このため、実際には、全ての回転数領域でノッキングを発生しないような一定の圧縮比が採用されている。許容される圧縮比に余裕のある回転数において適宜圧縮比を高めることができれば、エンジンの出力を高めることが可能となる。 In a gasoline engine, which is a type of reciprocating internal combustion engine, it is better to increase the compression ratio, which is the ratio between the maximum value and the minimum value of the cylinder internal volume that changes due to piston reciprocation, under a constant supply of fuel mixture gas. Generally, high output can be obtained. However, if the compression ratio is too high, knocking occurs. The range of the compression ratio at which knocking does not occur varies depending on the engine speed. Therefore, in practice, a constant compression ratio that does not cause knocking in all the rotation speed ranges is employed. If the compression ratio can be appropriately increased at a rotational speed with a sufficient allowable compression ratio, the output of the engine can be increased.
また、往復動内燃機関の他の一種であるディーゼルエンジン特に高過給ディーゼルエンジンにおいては、燃費改善の観点からは、点火時前後の比較的短い時間においてのみ高圧縮を行うことが好ましい。従って、エンジンの動作サイクルにおいて、点火の前後の比較的狭い時間範囲においてのみ特別に高圧縮が得られるようにすれば、エンジンの燃費を改善することが可能となる。 Further, in a diesel engine which is another type of reciprocating internal combustion engine, particularly a high supercharged diesel engine, it is preferable to perform high compression only in a relatively short time before and after ignition from the viewpoint of improving fuel efficiency. Therefore, if the high compression is obtained only in a relatively narrow time range before and after ignition in the engine operating cycle, the fuel efficiency of the engine can be improved.
また、従来の内燃機関のピストンクランク機構では、ピストンの往復運動が上死点付近では速く下死点付近では緩慢でバランスが崩れており、これが振動の原因となっている。従って、クランク軸回転角に対するピストンの位置変化が正弦運動に極めて近い往復動シリンダ装置が開発されれば、ピストンの往復動に起因する高次振動が発生しにくい内燃機関の実現が可能となる。 Further, in the piston crank mechanism of the conventional internal combustion engine, the reciprocating motion of the piston is fast near the top dead center and slow near the bottom dead center, and the balance is lost. This causes vibration. Therefore, if a reciprocating cylinder device is developed in which the piston position change with respect to the crankshaft rotation angle is very close to a sine motion, it is possible to realize an internal combustion engine in which high-order vibrations caused by the piston reciprocating motion are unlikely to occur.
上記目的に使用可能な可変圧縮比の往復ピストン型内燃機関が、特開平9−228858号公報(特許文献1)に記載されている。 A reciprocating piston type internal combustion engine having a variable compression ratio that can be used for the above purpose is described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-228858 (Patent Document 1).
また、往復動圧縮機においては、需要機器側からの圧縮気体の要求に応じて、稼働条件を変更する必要がある。そのため、回転数制御機能付きのモータを用いた圧縮機を使用し、需要機器側の要求量が低減した場合には、モータの回転数を低下させることで単位時間当たりの圧縮気体の吐出量を低下させることがなされている。しかし、このような回転数制御によらずに、圧縮比を変化させて単位時間当たりの圧縮気体吐出量を変化させることができれば、モータとして単純な定速回転のものを使用することができる。
しかるに、上記特許文献1に記載の内燃機関の可変圧縮比往復動シリンダ装置では、ピストンの圧縮比を可変にするために、クランク軸とコネクティングロッドとを直接連結するのではなく、複数のリンクを介して連結している。この機構は、1つの直進対偶を持つスティーブンソン型平面6節リンク機構を利用しており、ピストンの往復運動をコネクティングロッドを介して回転揺動型平面4節リンク機構のクランク軸に伝達する型式のものである。このため、装置寸法が大きくなり、且つ揺動運動に起因する振動・騒音の対策を必要とするという不利があった。
However, in the variable compression ratio reciprocating cylinder device of the internal combustion engine described in
本発明は、以上の如き技術的課題に鑑みて、上記のような往復動内燃機関または往復動圧縮機のような往復動シリンダ装置における圧縮比を簡単で且つ寸法増加が少ない機構により連続的に変化させることを目的とするものである。 In view of the technical problems as described above, the present invention continuously reduces the compression ratio in a reciprocating cylinder device such as a reciprocating internal combustion engine or a reciprocating compressor as described above by a simple mechanism with little increase in size. The purpose is to change.
本発明によれば、以上の如き目的を達成するものとして、
シリンダと、該シリンダ内にて往復動するピストンと、クランク軸と、該クランク軸と前記ピストンとの間で駆動力を伝達するためのコネクティングロッドとを備えている往復動シリンダ装置であって、
前記クランク軸のクランクピンには第1偏心カム部材が取り付けられており、該第1偏心カム部材は、前記クランクピンに対して回転可能に適合する第1内面と、前記クランクピンに平行で且つ該クランクピンから偏心した対称中心をもつ第1外面とを備えており、該第1外面には前記コネクティングロッドの一端部に設けられた軸受部が回転可能に適合しており、
前記クランク軸と同軸又はそれと平行な回動中心の周りにて回動可能な第2偏心カム部材が設けられており、
前記第1偏心カム部材及び前記第2偏心カム部材の双方に対してそれぞれ回転可能なクランク円板が設けられており、該クランク円板は、前記第1偏心カム部材の第1外面に回転可能に適合する第2内面を備え、且つ、前記第2偏心カム部材に対して前記クランク軸から偏心した回転中心の周りで回転可能に適合していることを特徴とする圧縮比可変往復動シリンダ装置、
が提供される。
According to the present invention, the object as described above is achieved.
A reciprocating cylinder device comprising a cylinder, a piston that reciprocates in the cylinder, a crankshaft, and a connecting rod for transmitting a driving force between the crankshaft and the piston,
A first eccentric cam member is attached to the crankpin of the crankshaft, the first eccentric cam member being parallel to the crankpin and a first inner surface that is rotatably adapted to the crankpin. A first outer surface having a symmetrical center eccentric from the crankpin, and a bearing portion provided at one end of the connecting rod is rotatably adapted to the first outer surface;
A second eccentric cam member rotatable about a rotation center coaxial with or parallel to the crankshaft is provided;
A crank disk that is rotatable with respect to both the first eccentric cam member and the second eccentric cam member is provided, and the crank disk is rotatable on a first outer surface of the first eccentric cam member. And a reciprocating cylinder device having a variable compression ratio, wherein the second eccentric cam member is adapted to be rotatable about a rotation center eccentric from the crankshaft with respect to the second eccentric cam member. ,
Is provided.
本発明の一態様においては、前記第2偏心カム部材は前記回転中心を対称中心とする第3内面を備えており、前記クランク円板は前記第2偏心カム部材の第3内面に回転可能に適合する第2外面を備えている。本発明の一態様においては、前記第2偏心カム部材には圧縮比制御部材が設けられており、該圧縮比制御部材を介して前記クランク軸に対する前記第2偏心カム部材の回動位置を設定することにより、前記シリンダ内での前記ピストンの往復動の圧縮比を設定するようにしてなる。 In one aspect of the present invention, the second eccentric cam member includes a third inner surface having the rotational center as a symmetric center, and the crank disk is rotatable on the third inner surface of the second eccentric cam member. A matching second outer surface is provided. In one aspect of the present invention, the second eccentric cam member is provided with a compression ratio control member, and the rotation position of the second eccentric cam member with respect to the crankshaft is set via the compression ratio control member. By doing so, the compression ratio of the reciprocating motion of the piston in the cylinder is set.
本発明の一態様においては、前記圧縮比可変往復動シリンダ装置は前記シリンダ内で燃料混合気体の燃焼爆発が行われる内燃機関であって、前記コネクティングロッドは、前記ピストンの往復動の駆動力を前記第1偏心カム部材を介して前記クランク軸のクランクピンへと伝達し、これにより前記クランク軸を回転させるものである。本発明の一態様においては、前記圧縮比可変往復動シリンダ装置は前記シリンダ内での吸入気体の圧縮により得られた圧縮気体が吐出される圧縮機であって、前記コネクティングロッドは、回転駆動源による前記クランク軸の回転運動の駆動力を前記第1偏心カム部材を介して前記ピストンへと伝達し、これにより該ピストンを前記シリンダ内で往復動させるものである。 In one aspect of the present invention, the compression ratio variable reciprocating cylinder device is an internal combustion engine in which a fuel gas mixture is burned and exploded in the cylinder, and the connecting rod has a driving force for the reciprocating motion of the piston. The crank shaft is transmitted to the crank pin of the crank shaft through the first eccentric cam member, thereby rotating the crank shaft. In one aspect of the present invention, the variable compression ratio reciprocating cylinder device is a compressor that discharges compressed gas obtained by compressing suction gas in the cylinder, and the connecting rod is a rotational drive source. Is transmitted to the piston via the first eccentric cam member, thereby causing the piston to reciprocate within the cylinder.
本発明の一態様においては、前記第2偏心カム部材は前記クランク軸と同軸の回動中心の周りにて回動可能であり、前記クランク軸、前記第1偏心カム部材、前記クランク円板及び前記第2偏心カム部材は二重回転型のリンク機構を構成する。 In one aspect of the present invention, the second eccentric cam member is rotatable about a rotation center coaxial with the crankshaft, the crankshaft, the first eccentric cam member, the crank disc, The second eccentric cam member constitutes a double rotation type link mechanism.
本発明の圧縮比可変往復動シリンダ装置によれば、クランクピンに取り付けられた第1偏心カム部材の第1外面にコネクティングロッドの軸受部及びクランク円板の第2内面の双方をそれぞれ回転可能に適合させ、更に第2偏心カム部材をクランク円板に対して回転可能に適合させているので、クランク軸回転角に対するピストン位置の変化を正弦運動に極めて近いものとすることができ、更に装置寸法の増加を少なくして簡単な機構によりピストン往復動範囲さらには圧縮比を連続的に変化させることが可能となる。 According to the compression ratio variable reciprocating cylinder device of the present invention, both the bearing portion of the connecting rod and the second inner surface of the crank disc can be rotated on the first outer surface of the first eccentric cam member attached to the crank pin. Since the second eccentric cam member is adapted to be rotatable with respect to the crank disc, the change in the piston position with respect to the crankshaft rotation angle can be made very close to a sine motion, and further the dimensions of the device It is possible to continuously change the piston reciprocating range and further the compression ratio by a simple mechanism with a small increase in the amount of.
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は本発明による圧縮比可変往復動シリンダ装置の一実施形態としての内燃機関の模式的断面図であり、図2はその模式的断面図であり、図3は模式的分解図である。 FIG. 1 is a schematic sectional view of an internal combustion engine as an embodiment of a compression ratio variable reciprocating cylinder device according to the present invention, FIG. 2 is a schematic sectional view thereof, and FIG. 3 is a schematic exploded view thereof.
図1〜図3に示されているように、上下方向に配置されたシリンダ1内にピストン2が上下方向に往復動可能に適合されている。シリンダ1の対称中心線(即ちピストン2の対称中心線)はC7である。ピストン2は、水平方向のピストンピン21を有する。尚、シリンダ1の上部には、燃料混合気体を導入するための配管及び燃焼ガスを排出するための配管がそれぞれ吸気弁及び排気弁を介して接続されており、シリンダ1内の圧縮燃料混合気体に点火するための点火装置が配置されるが、これらについては図示を省略する。
As shown in FIGS. 1 to 3, a
一方、内燃機関の回転出力を得るためのクランク軸3がシリンダ1の下方に水平に配置されている。クランク軸3は、回転中心C1を中心として回転可能なように支持されており、該回転中心C1と平行で且つそれから適宜の距離隔てられて位置するクランクピン31を有する。クランクピンの回転対称中心はC2である。
On the other hand, a
ピストンピン21からクランク軸3へと駆動力を伝達するために、コネクティングロッド4が設けられている。該コネクティングロッド4は一方の端部(上端部)及び他方の端部(下端部)にそれぞれ互いに平行な軸受部41,42を有しており、一方の軸受部41はクランク軸3と平行なピストンピン21に適合している。ピストンピン21の回転対称中心はC5である。
A connecting
クランクピン31には第1偏心カム部材5が取り付けられている。該第1偏心カム部材5は、クランクピン31に対して回転可能に適合する軸受部としての内面(第1内面)51と、クランクピン31に平行で且つ該クランクピンから偏心した対称中心(第1対称中心)C3をもつ外面(第1外面)52とを備えている。外面52にはコネクティングロッド4の他方の軸受部42が回転可能に適合している。
A first
また、第2偏心カム部材7がクランク軸3と同軸又はそれと平行で適宜隔たった回動中心C6の周りにて回動可能とされている。即ち、第2偏心カム部材7は、そのジャーナル部72が回動中心C6に関して回転対称に形成されており、このジャーナル部72が支持されている。この第2偏心カム部材7は、後述のようにピストン2の往復動の範囲さらには圧縮比を可変にするための機能を有する。第2偏心カム部材7は、クランク軸3に平行で且つ該クランク軸から偏心した対称中心(第2対称中心)C4をもつ内面(第3内面)71を備えている。
Further, the second
更に、クランク円板6が第1偏心カム部材5及び第2偏心カム部材7の双方に対してそれぞれ回転可能なように適合している。即ち、クランク円板6は、第1偏心カム部材5の外面52に対して対称中心C3の周りで回転可能なように適合する内面(第2内面)61を備えている。また、クランク円板6は、第2偏心カム部材7の内面71に対して対称中心C4の周りで回転可能なように適合する外面(第2外面)62を備えている。
Further, the
第2偏心カム部材7には、径方向外方へと突出せる圧縮比制御部材73が設けられている。クランク軸3に対する第2偏心カム部材7の回動位置を設定することでシリンダ1内でのピストン2の往復動範囲ひいては圧縮比を設定することができる。そのため、圧縮比制御部材73をクランク軸3の回転中心C1または第2偏心カム部材7の回動中心C6の周りで周方向に移動させる。この圧縮比制御部材73の移動角度範囲は時計方向まわり又は反時計方向まわりに90°程度である。圧縮比制御部材73は、不図示の制御手段の作用部分と係合しており、シリンダ内におけるピストン位置との関係で予め決められた様式に従って制御手段からの指令により角度位置を変化させることができる。尚、このような圧縮比制御の様式は、燃料混合気体の種類に応じて、適宜設定することができる。
The second
以上の説明から分かるように、中心C1〜C6は互いに平行であり、中心C7は中心C5と直交している。 As can be seen from the above description, the centers C1 to C6 are parallel to each other, and the center C7 is orthogonal to the center C5.
以下、本実施形態の動作を説明する。 The operation of this embodiment will be described below.
図4は、本実施形態において中心C1に対する中心C4の配置を図1とは異ならせた状態を示す模式図である。尚、図1〜図4には、第2偏心カム部材7がクランク軸3と同軸に回動する場合即ち中心C6が中心C1と合致する場合が示されている。この場合、クランク軸3に対する第2偏心カム部材7の回動位置は、図4に示されているように中心C4が中心C1の真横に位置する第1の位置と、図1に示されているように中心C4が中心C1の真下に位置する第2の位置との間で、角度90度の範囲内で変化させるようにすることができる。後述のように、第2偏心カム部材7が第1の回動位置にある時には第1のピストン往復動範囲及び最大圧縮比が得られ、第2偏心カム部材7が第2の回動位置にある時には第2のピストン往復動範囲及び最小圧縮比が得られる。
FIG. 4 is a schematic diagram showing a state in which the arrangement of the center C4 with respect to the center C1 is different from that in FIG. 1 to 4 show a case where the second
図4において、ピストンピン21の中心C5がシリンダ1の中心C7に沿って上下方向に往復動すると、第1偏心カム部材5の外面52の中心C3は円形の軌道T3を周回し、これにつれてクランクピン21の中心C2は円形の軌道T2を周回する。即ち、本実施形態では、二重回転型の成分4節リンク機構を用いている。図1に示される状態においても、中心C3が円形の軌道を周回し且つ中心C2が円形の軌道を周回することは明らかである。
In FIG. 4, when the center C5 of the
図5(a)は最大圧縮比が得られる状態でピストンが上死点に位置する時の各中心C1〜C5の配置を示す。この時、中心C5は上下方向位置S1にあり、中心C5と中心C3と中心C4とが上方からこの順に且つ同一平面内に位置する。図5(b)は最大圧縮比が得られる状態でピストンが下死点に位置する時の各中心C1〜C5の配置を示す。この時、中心C5は上下方向位置S2にあり、中心C5と中心C4と中心C3とが上方からこの順に且つ同一平面内に位置する。ピストン往復動のストロークは|S1−S2|である。この長さは、中心C3と中心C4との間の距離の2倍にほぼ等しく、後述する好適な具体例においては中心C1と中心C2との間の距離の2倍にほぼ等しい。 Fig.5 (a) shows arrangement | positioning of each center C1-C5 when a piston is located in a top dead center in the state in which the maximum compression ratio is obtained. At this time, the center C5 is at the vertical position S1, and the center C5, the center C3, and the center C4 are located in this order and in the same plane from above. FIG.5 (b) shows arrangement | positioning of each center C1-C5 when a piston is located in a bottom dead center in the state in which the maximum compression ratio is obtained. At this time, the center C5 is in the vertical position S2, and the center C5, the center C4, and the center C3 are located in this order and in the same plane from above. The stroke of piston reciprocation is | S1-S2 |. This length is approximately equal to twice the distance between the center C3 and the center C4, and in a preferred embodiment described below, is approximately equal to twice the distance between the center C1 and the center C2.
図6は、中心C1に対する中心C4の配置を図1のようにした最小圧縮比状態を示す。図6(a)は最小圧縮比が得られる状態でピストンが上死点に位置する時の各中心C1〜C5の配置を示す。この時、中心C5は上下方向位置S3にあり、中心C5と中心C3と中心C4とが上方からこの順に且つ同一平面内に位置する。図6(b)は最小圧縮比が得られる状態でピストンが下死点に位置する時の各中心C1〜C5の配置を示す。この時、中心C5は上下方向位置S4にあり、中心C5と中心C4と中心C3とが上方からこの順に且つ同一平面内に位置する。ピストン往復動のストロークは|S3−S4|であり、これは|S1−S2|とほぼ等しい。 FIG. 6 shows a minimum compression ratio state in which the arrangement of the center C4 with respect to the center C1 is as shown in FIG. FIG. 6A shows the arrangement of the centers C1 to C5 when the piston is located at the top dead center in a state where the minimum compression ratio is obtained. At this time, the center C5 is in the vertical position S3, and the center C5, the center C3, and the center C4 are located in this order and in the same plane from above. FIG. 6B shows the arrangement of the centers C1 to C5 when the piston is located at the bottom dead center in a state where the minimum compression ratio is obtained. At this time, the center C5 is in the vertical direction position S4, and the center C5, the center C4, and the center C3 are located in this order and in the same plane from above. The stroke of piston reciprocation is | S3-S4 |, which is substantially equal to | S1-S2 |.
以上の説明から分かるように、位置S3は位置S1よりC1−C4間距離程度低い。従って、図6(a),(b)の状態の圧縮比は図5(a),(b)の状態の圧縮比より小さい。圧縮比制御手段により圧縮比制御部材73が図5(a),(b)の状態の時と図6(a),(b)の状態の時との間の角度位置に設定される場合、即ち中心C1に対する中心C4の回転方向位置が図4に示される位置と図1に示される位置との間に存在する場合には、最大圧縮比と最小圧縮比との間の圧縮比が得られる。
As can be seen from the above description, the position S3 is lower than the position S1 by a distance between C1 and C4. Accordingly, the compression ratio in the states of FIGS. 6A and 6B is smaller than the compression ratio in the states of FIGS. 5A and 5B. When the compression
図7に、以上のような本発明の実施形態の装置において、ピストン往復動範囲を最小圧縮比状態のものであるSとした場合のリンク機構の運動領域の概略を示す。また、図8に、従来の回転揺動型平面4節リンク機構を用いた装置において、ピストン往復動範囲をSとした場合のリンク機構の運動領域の概略を示す。尚、図8において、T2’はクランクピンの回転対称中心を示し、T3’はコネクティングロッドの下端の軸受に適合された軸の中心を示し、Txは揺動アームの先端の軸受に適合された軸の中心を示す。図7と図8とを比較すると、本発明実施形態のものは、従来のリンク機構を用いた装置に比較して、運動領域が小さく、従って装置寸法を小さくできることが分かる。 FIG. 7 shows an outline of the motion region of the link mechanism when the piston reciprocation range is S, which is in the minimum compression ratio state, in the apparatus of the embodiment of the present invention as described above. FIG. 8 shows an outline of the motion region of the link mechanism when the piston reciprocating range is S in an apparatus using a conventional rotary oscillating planar four-joint link mechanism. In FIG. 8, T2 ′ represents the rotational symmetry center of the crankpin, T3 ′ represents the center of the shaft fitted to the bearing at the lower end of the connecting rod, and Tx was fitted to the bearing at the tip of the swing arm. Indicates the center of the axis. Comparing FIG. 7 and FIG. 8, it can be seen that the embodiment of the present invention has a smaller movement region and therefore the size of the apparatus can be reduced as compared with the apparatus using the conventional link mechanism.
次に、図9に、以上のような本発明の実施形態におけるクランク軸回転角とピストン位置との関係の一例を示す。ピストン位置の出力曲線は正弦曲線に極めて近い。これに対して、図10に、従来の装置におけるクランク軸回転角とピストン位置との関係の一例を示す。ピストン位置の出力曲線は、図9のものに比べて正弦曲線からの乖離が大きい。 Next, FIG. 9 shows an example of the relationship between the crankshaft rotation angle and the piston position in the embodiment of the present invention as described above. The output curve of the piston position is very close to a sine curve. On the other hand, FIG. 10 shows an example of the relationship between the crankshaft rotation angle and the piston position in the conventional apparatus. The output curve of the piston position has a larger deviation from the sine curve than that of FIG.
以上のような本発明実施形態におけるリンク機構の寸法[任意単位]の好適具体例を示せば、C1−C2間距離が50、C2−C3間距離が10〜20、C3−C4間距離が48〜52、C4−C1間距離が5〜12、C3−C5間距離が150、C1−C7間距離(図4のd)が−20〜20である。このように、C3−C4間距離をC1−C2間距離とほぼ同一とし且つC4−C1間距離のほぼ8倍とし、C2−C3間距離をC4−C1間距離のほぼ2.5倍とすることで、ピストン位置の出力曲線を正弦曲線からのずれの少ないものとすることができる。 If the suitable specific example of the dimension [arbitrary unit] of the link mechanism in this embodiment as described above is shown, the distance between C1 and C2 is 50, the distance between C2 and C3 is 10 to 20, and the distance between C3 and C4 is 48. -52, the distance between C4-C1 is 5-12, the distance between C3-C5 is 150, and the distance between C1-C7 (d of FIG. 4) is -20-20. Thus, the distance between C3 and C4 is substantially the same as the distance between C1 and C2, is approximately 8 times the distance between C4 and C1, and the distance between C2 and C3 is approximately 2.5 times the distance between C4 and C1. Thus, the output curve of the piston position can be reduced from the sine curve.
以上の実施形態に関し説明した本発明の圧縮比可変往復動シリンダ装置では、C1−C2の節、C2−C3の節、C3−C4の節、C4−C1の節からなる成分4節リンク機構が二重回転型であるので、上記従来の回転揺動型リンク機構を用いたものに比べて、装置寸法を十分に小さくすることができる。そして、中心C1に対する中心C4の回転方向位置を変化させることで圧縮比を自由に且つ連続的に変化させることができるので、出力回転数などの機関の運転条件を圧縮比制御手段に入力し、この運転条件に応じて、ノッキングを発生させない範囲で圧縮比を高めた運転が可能となり、エンジン出力の向上が実現される。また、上記従来の回転揺動型リンク機構を用いたものに比べて、振動・騒音が少ない。 In the compression ratio variable reciprocating cylinder device of the present invention described in relation to the above embodiment, the component four-bar linkage mechanism including the C1-C2 node, the C2-C3 node, the C3-C4 node, and the C4-C1 node is provided. Since it is a double rotation type, the size of the apparatus can be made sufficiently smaller than that using the conventional rotation / oscillation type link mechanism. Since the compression ratio can be freely and continuously changed by changing the rotational direction position of the center C4 with respect to the center C1, the engine operating conditions such as the output rotational speed are input to the compression ratio control means, According to this operating condition, an operation with an increased compression ratio is possible within a range where knocking does not occur, and an improvement in engine output is realized. In addition, there is less vibration and noise than those using the conventional rotary swing type link mechanism.
尚、燃料混合気体の圧縮比は、上記のように、往復動の1サイクルにつき決定されるのが典型的である。しかし、往復動の1サイクルの結果としての圧縮比とは別に、往復動の1サイクル内においても変動可能な仮想的な圧縮比を定義することができる。即ち、圧縮比制御部材73の角度位置を変化させることで状態変化を実現することができるので、圧縮比制御部材73の各角度位置にて往復動の1サイクルを実行したときの圧縮比を当該角度位置での仮想的な圧縮比として定義することができる。本発明においては、往復動の1サイクル内において圧縮比制御部材73の角度位置を変化させることで仮想的な圧縮比を変化させることも可能である。従って、例えば、高過給ディーゼルエンジンにおいて、1サイクル毎に点火時前後の比較的短い時間においてのみ高圧縮比となし且つ他の時間においては圧縮比を適宜低下させることで、燃費を改善することが可能となる。
The compression ratio of the fuel gas mixture is typically determined for one cycle of reciprocation as described above. However, apart from the compression ratio resulting from one cycle of reciprocation, a virtual compression ratio that can be varied within one cycle of reciprocation can be defined. That is, since the change in state can be realized by changing the angular position of the compression
以上の実施形態では、圧縮比可変往復動シリンダ装置としてシリンダ内で燃料混合気体の燃焼爆発が行われる往復動内燃機関が採用されており、ここでは、コネクティングロッドは、ピストンの往復移動の駆動力を第1偏心カム部材を介してクランク軸へと伝達し、これにより該クランク軸を回転させている。 In the above embodiment, a reciprocating internal combustion engine in which a fuel mixture gas is burned and exploded in the cylinder is employed as the variable compression ratio reciprocating cylinder device. Here, the connecting rod is a driving force for the reciprocating movement of the piston. Is transmitted to the crankshaft via the first eccentric cam member, thereby rotating the crankshaft.
しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、その他の圧縮比可変往復動シリンダ装置への適用が可能である。そのような装置としては、例えば、シリンダ内での吸入気体の圧縮により得られた圧縮気体が吐出される往復動圧縮機を挙げることができる。この場合、コネクティングロッドは、回転駆動源によるクランク軸の回転運動の駆動力を第1偏心カム部材を介してピストンへと伝達し、これにより該ピストンをシリンダ内で往復移動させる。尚、シリンダの上部には、被圧縮気体を導入するための配管及び圧縮気体を排出するための配管がそれぞれ弁を介して接続される。この圧縮比可変往復動圧縮機によれば、装置寸法の増加が少なく、低振動・騒音である簡単な機構で、圧縮比制御手段により圧縮比を自由且つ連続的に変化させることができるので、回転駆動源として単純な定速回転のモータを使用して、需要機器側からの圧縮気体の要求を圧縮比制御手段に入力し、これに応じて適切な単位時間当たりの吐出量を実現することができる。 However, the present invention is not limited to this, and can be applied to other compression ratio variable reciprocating cylinder devices. As such a device, for example, a reciprocating compressor in which compressed gas obtained by compression of suction gas in a cylinder is discharged can be mentioned. In this case, the connecting rod transmits the driving force of the rotational movement of the crankshaft by the rotational drive source to the piston via the first eccentric cam member, thereby reciprocating the piston in the cylinder. A pipe for introducing compressed gas and a pipe for discharging compressed gas are connected to the upper part of the cylinder via valves. According to this compression ratio variable reciprocating compressor, the compression ratio can be freely and continuously changed by the compression ratio control means with a simple mechanism with little increase in apparatus size and low vibration and noise. Using a simple constant speed motor as a rotational drive source, input the demand for compressed gas from the demand equipment side to the compression ratio control means, and realize an appropriate discharge amount per unit time accordingly Can do.
1 シリンダ
2 ピストン
21 ピストンピン
3 クランク軸
31 クランクピン
4 コネクティングロッド
41,42 軸受部
5 第1偏心カム部材
51 第1内面
52 第1外面
6 クランク円板
61 第2内面
62 第2外面
7 第2偏心カム部材
71 第3内面
72 ジャーナル部
73 圧縮比制御部材
C1 クランク軸の回転中心
C2 クランクピンの回転対称中心
C3 第1偏心カム部材の第1外面の対称中心
C4 第2偏心カム部材の第3内面の対称中心
C5 ピストンピンの対称中心
C6 第2偏心カム部材の回転中心
C7 シリンダの対称中心線
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記クランク軸のクランクピンには第1偏心カム部材が取り付けられており、該第1偏心カム部材は、前記クランクピンに対して回転可能に適合する第1内面と、前記クランクピンに平行で且つ該クランクピンから偏心した対称中心をもつ第1外面とを備えており、該第1外面には前記コネクティングロッドの一端部に設けられた軸受部が回転可能に適合しており、
前記クランク軸と同軸又はそれと平行な回動中心の周りにて回動可能な第2偏心カム部材が設けられており、
前記第1偏心カム部材及び前記第2偏心カム部材の双方に対してそれぞれ回転可能なクランク円板が設けられており、該クランク円板は、前記第1偏心カム部材の第1外面に回転可能に適合する第2内面を備え、且つ、前記第2偏心カム部材に対して前記クランク軸から偏心した回転中心の周りで回転可能に適合していることを特徴とする圧縮比可変往復動シリンダ装置。 A reciprocating cylinder device comprising a cylinder, a piston that reciprocates in the cylinder, a crankshaft, and a connecting rod for transmitting a driving force between the crankshaft and the piston,
A first eccentric cam member is attached to the crankpin of the crankshaft, the first eccentric cam member being parallel to the crankpin and a first inner surface that is rotatably adapted to the crankpin. A first outer surface having a symmetrical center eccentric from the crankpin, and a bearing portion provided at one end of the connecting rod is rotatably adapted to the first outer surface;
A second eccentric cam member rotatable about a rotation center coaxial with or parallel to the crankshaft is provided;
A crank disk that is rotatable with respect to both the first eccentric cam member and the second eccentric cam member is provided, and the crank disk is rotatable on a first outer surface of the first eccentric cam member. And a reciprocating cylinder device having a variable compression ratio, wherein the second eccentric cam member is adapted to be rotatable about a rotation center eccentric from the crankshaft with respect to the second eccentric cam member. .
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